Revisión y estructuración de los manuales de monitoreo

INFORME/PRODUCTO FINAL
ASESORÍA INE/ADE-037/2007
DRA MATILDE EVA ESPINOSA RUBIO
REVISIÓN Y ESTRUCTURACIÓN DE LOS MANUALES DE MONITOREO
ATMOSFÉRICO PARA FORTALECER LA OPERACIÓN Y MANTENIMIENTO DE LAS
REDES DE MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AIRE QUE OPERAN EN EL PAIS,
Los manuales originales eran los siguientes:
Manual 1.- Monitoreo de la calidad del aire.
Manual 2.- Redes de monitoreo atmosférico.
Manual 3.- Componentes básicos de los sistemas de monitoreo atmosférico,
Manual 4.- Operación, mantenimiento y calibración del equipo para monitoreo de la
calidad del aire.
Manual 5.- Gestión, aseguramiento y control de la calidad en los sistemas de monitoreo
atmosférico.
Manual 6.- Protocolo de manejo de datos de la calidad del aire.
Manual 7.- Procedimiento federal de auditoria para sistemas de monitoreo atmosférico.
Los manuales fueron revisados exhaustivamente en mayo de 2007 y, al detectar
algunas inconsistencias, tanto en el contenido, como en el orden de los manuales se
decidió reestructurarlos. El manual 5 desapareció pues contenía muchas repeticiones y
el material relativo al control y aseguramiento de la calidad se integró en el nuevo
manual 1, junto con algunos fundamentos del monitoreo atmosférico. Los manuales
restantes fueron todos reestructurados. Los comentarios emitidos por el GDF y la EPA
para los manuales originales fueron evaluados y se integraron en los manuales
correspondientes.
La serie de manuales quedó integrada como sigue:
Manual 1.- Monitoreo de la calidad del aire.
Manual 2.- Sistemas de monitoreo de la calidad del aire.
Manual 3.- Redes de medición de la calidad del aire.
Manual 4.- Operación, mantenimiento y calibración de los componentes de una estación
de monitoreo de la calidad del aire.
Manual 5.- Manejo de datos.
Manual 6.- Procedimiento federal de auditoria para sistemas de monitoreo atmosférico
DICIEMBRE 2007
MANUAL 1
Monitoreo de la Calidad del Aire.
2
ÍNDICE
1. Principios de medición de la calidad del aire en el Sistema.
1.1.
Medición.
1.2.
Muestreo.
1.2.1. Metodologías de muestreo de aire.
1.2.1.1.
Muestreadores pasivos.
1.2.1.2.
Muestreadores activos.
1.2.1.3.
Analizadores automáticos en línea.
1.2.1.4.
Sensores remotos.
1.2.1.5.
Bioindicadores.
1.3.
Muestreo/análisis.
1.4.
Monitoreo.
1.4.1.
Monitoreo de la calidad del aire.
1.4.1.1. Estación de monitoreo.
1.4.1.2. Red de monitoreo.
1.4.1.3. Sistemas de monitoreo.
2. Gestión de la calidad en los sistemas de monitoreo de la calidad del aire.
2.1.
Organización
2.2.
Servicio al Usuario
2.3.
Atención de Quejas y Reclamaciones
2.4.
Control de Trabajo No Conforme
2.5.
Acción Correctiva y Acción Preventiva
2.6.
Auditorías Internas al Sistema de Gestión de Calidad.
2.7.
Revisión de la Dirección
2.8.
Sistema de Gestión de la Calidad.
2.8.1.
Aseguramiento de la calidad.
2.8.1.1. Capacitación
2.8.1.2. Control de Documentos
2.8.1.3. Control de Registros
3
2.8.1.4. Selección de Equipos de Monitoreo y Muestreo Atmosférico
2.8.1.5. Compras de Suministros y Refacciones y Contratación de Servicios
2.8.1.6. Metodologías de Muestreo y Monitoreo
2.8.1.7. Subcontratación de Muestreos y Monitoreos.
2.8.1.8. Objetivos del monitoreo de la calidad del aire.
2.8.1.9. Objetivos de calidad de los datos.
2.8.1.9.1. Precisión y exactitud.
2.8.1.9.2. Compleción.
2.8.1.9.3. Comparabilidad.
2.8.1.9.4. Representatividad.
2.8.1.9.5. Trazabilidad.
2.8.1.10. Diseño de los objetivos de calidad de los datos.
2.8.2.
Control de la Calidad en los Sistema de Monitoreo de la
Calidad del Aire (SMCA)
2.8.2.1. Selección y Ubicación de los Sitios de Monitoreo Atmosférico
2.8.2.2. Instalación de Estaciones de Monitoreo y Sistemas de Muestreo
2.8.2.3. Operación, Mantenimiento y Calibración de los Equipos de
Muestreo y Monitoreo de las estaciones del SMCA
2.8.2.4. Revisión y Validación de datos
2.8.2.5. Auditorías técnicas al SMCA.
3. Referencias.
4
1. Principios de medición de la calidad del aire en el Sistema.
1.1.
Medición. Medir es contar, comparar una unidad con otra, dar una
valoración numérica, asignar un valor, asignar números a los objetos. Todo lo
que existe está en una cierta cantidad y se puede medir. Estos números no
se asignan de forma arbitraria sino que se rigen por ciertas reglas, se
establece un sistema empírico y éste da lugar a un sistema formal. La
necesidad de medir es evidente en la mayor parte de las actividades técnicas
o científicas. Sin embargo, no interesa sólo contar con medidas sino también
saber si dichas medidas son válidas. Para ello debemos recordar la definición
de medición como el “proceso por el cual se asignan números o símbolos a
atributos de entidades del mundo real de tal forma que los describa de
acuerdo con reglas claramente definidas”.
1.2.
Muestreo.
En estadística un muestreo es la técnica para la selección de una muestra a
partir de una población. Al elegir una muestra, se espera que sus
propiedades sean extrapolables a la población. Este proceso permite ahorrar
recursos, obteniendo resultados parecidos que si se realizase un estudio de
toda la población. Para que el muestreo sea válido y se pueda realizar un
estudio fiable (que represente a la población), debe cumplir ciertos requisitos,
lo que lo convertiría en una muestra representativa.
1.2.1.
Metodologías de muestreo de aire.
Existen cinco
metodologías de tipo genérico para el muestreo de
contaminantes atmosféricos:
1.2.1.1. Muestreadores pasivos;
1.2.1.2. Muestreadores activos;
1.2.1.3. Analizadores automáticos en línea ;
1.2.1.4. Sensores remotos y
1.2.1.5. Bioindicadores.
1.2.1.1. Muestreadores Pasivos
5
Colectan un contaminante específico por medio de su adsorción y/o
absorción en un sustrato químico seleccionado. Después de su exposición
por un periodo adecuado de muestreo, que varía desde una hora hasta un
mes, la muestra se regresa al laboratorio donde se
realiza la desorción del
contaminante y después se le analiza cuantitativamente.
Forma:
Tubo o disco;
Ventajas: Simplicidad y costo relativamente bajo (no requiere energía
eléctrica);
Desventaja:
No se aprecian los valores mínimos y máximos, sólo
promedios; no tienen gran exactitud (sirven solo como valor referencial).
1.2.1.2. Muestreadores activos.
Requieren de energía eléctrica para bombear el aire a muestrear a través de
un medio de colección físico o químico. El volumen adicional de aire
muestreado incrementa la sensibilidad, por lo que pueden obtenerse
mediciones diarias promedio.
Los muestreadores activos más utilizados actualmente, son:
Burbujeadores e impactadores.
Método gravimétrico de altos volúmenes “High Vol” (para PST y
PM10)
1.2.1.3.
Analizadores o monitores automáticos.
Estos instrumentos se basan en propiedades físicas o químicas del gas que
va a ser detectado continuamente utilizando métodos químicos o físicos. El
aire muestreado entra en una cámara de reacción donde, ya sea por una
propiedad del gas que pueda medirse directamente o por una reacción
química que produzca, por ejemplo, quimiluminiscencia o luz fluorescente,
6
ésta se mide por medio de un detector que produce una señal eléctrica
proporcional a la concentración del contaminante muestreado.
Ventaja:
- Valores en tiempo real;
- Concentraciones máximas y mínimas;
- Permite por la detección de valores máximos en tiempo real
establecer situaciones de alerta para implantar las
respectivas medidas de contingencia.
Desventajas:
- Costo elevado de adquisición;
- Requieren personal capacitado para su manejo;
- Requieren mantenimiento y calibración constantes.
1.2.1.4. Sensores remotos.
Los sensores remotos, a diferencia de los monitores automáticos, que
proporcionan mediciones de un contaminante en un punto en el espacio,
pueden proporcionar mediciones integradas de multicomponentes a lo largo
de una trayectoria específica en la atmósfera (normalmente mayor a 100 m).
1.2.1.5. Bioindicadores.
Se ha mostrado gran interés en el uso de bioindicadores para estimar
algunos factores ambientales entre los que se incluye la calidad del aire,
particularmente en la investigación de sus efectos. En este método se utilizan
plantas como muestreadores pero a pesar de que se han desarrollado guías
sobre estas metodologías todavía quedan problemas no resueltos en cuanto
a la estandarización y armonización de estas técnicas.
1.3.
Muestreo y análisis.
Una vez muestreado el gas contaminante es necesario analizarlo por alguno
de los siguientes métodos:
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1.3.1.
Métodos Volumétricos
La cantidad de producto detectado se deduce del volumen de la solución que
se ha consumido en una reacción. Estos métodos cuantifican muestras en
solución mediante la valoración de las mismas por medio de técnicas como
la titulación.
1.3.1.1. Titulación y Valoración.
Es la técnica volumétrica que se utiliza para determinar la concentración de
un soluto en un solvente, mediante la adición de un volumen de solución de
concentración perfectamente conocida, a la disolución. Es la acción y efecto
de valorar o cuantificar una disolución. La valoración de una solución siempre
será una titulación.
1.3.2.
Métodos Gravimétricos.
Son métodos analíticos cuantitativos en los cuales las determinaciones de
las sustancias se llevan a cabo por una diferencia de pesos. Existen métodos
gravimétricos para conocer la concentración de una muestra en solución, en
los que se llevan a cabo precipitaciones de las muestras por medio de la
adición de un exceso de reactivo aprovechando el efecto del ion común y
otros en los que directamente se pesa el material colectado en un filtro. En
estos últimos métodos gravimétricos se determina la masa pesando el filtro
antes y después del muestreo con una balanza a temperatura y humedad
relativa controladas.
1.3.3.
Métodos fotométricos.
Estos métodos (colorimétricos) basan la determinación de la concentración
de una solución en la medida de la intensidad de la luz que se transmite a
través de la misma, comparándola con una curva patrón de las intensidades
de luz de igual longitud de onda que se transmite a través de una serie de
estas soluciones de concentraciones conocidas.
1.3.4.
Espectrofotometría.
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Es la medida de la cantidad de energía radiante absorbida por las moléculas
a longitudes
de onda específicas. Cada compuesto tiene un patrón de
absorción diferente que da origen a un espectro de identificación. Éste
consiste en una gráfica de la absorción y la longitud de onda y se presenta
en márgenes que abarcan longitudes de onda desde la ultravioleta a la
infrarroja. Por lo que si se ajusta un instrumento a una sola longitud de onda
escogida entre los límites en que un compuesto absorbe fuertemente y otros
no, se puede aislar con filtros una sola longitud de onda, para poder medir la
energía
absorbida
de
ese
compuesto
en
particular.
Entre
los
espectrofotómetros más usados tenemos al de infrarrojo no disperso y al de
espectro ultravioleta.
1.4.
Monitoreo.
Por definición, el monitoreo es una actividad consistente en observar una
situación para detectar los cambios que ocurran con el tiempo. De esta
manera, el monitoreo de la calidad del aire se debe llevar a cabo de una
manera continua para poder observar los cambios en las concentraciones de
los contaminantes con el tiempo. Esto lo hace diferente al muestreo y análisis
de contaminantes. Sin embargo, por lo común se confunden las dos
actividades y casi siempre se habla sólo de monitoreo. En los textos que
siguen se tratará de establecer siempre esta diferencia.
1.4.1.
Monitoreo de la Calidad del Aire.
En las últimas décadas se ha desarrollado una preocupación creciente por
los efectos de la contaminación del aire en la salud humana y el ambiente. La
fuerte presión. Social junto con una legislación más rigurosa, requieren de
información imparcial y confiable sobre la calidad del aire (Molina, 2001). El
monitoreo es una herramienta para identificar y evaluar los problemas de la
calidad del aire (OMS, 2000; WHO, 2002). El monitoreo, junto con los
modelos de predicción y los inventarios de emisiones, son parte integral de la
gestión de la calidad del aire. Ésta se encuentra directamente vinculada con
el cumplimiento de objetivos económicos, de evaluación y de regulación.
9
Durante el desarrollo de un plan efectivo de gestión de la calidad del aire en
primer lugar es necesario obtener información confiable relacionada con los
niveles de contaminación en el aire a través del monitoreo.
El propósito más importante del monitoreo atmosférico es el de proveer la
información necesaria a los científicos, legisladores y planificadores para que
éstos tomen las decisiones adecuadas para propósitos de gestión y mejora
del ambiente. El monitoreo juega un papel regulador en este proceso
proporcionando la base científica para el desarrollo de las políticas y
estrategias, en el establecimiento de objetivos durante la evaluación del
cumplimiento de las metas y en la ejecución de las acciones. En la figura 1.1
se presenta un esquema del papel del monitoreo atmosférico dentro del ciclo
de la gestión de la calidad del aire.
Figura 1.1. Proceso de Mejora Continua de la Calidad del Aire
Identificación del problema
Monitoreo, inventario de
emisiones, evaluación del impacto
ambiental
Control de la situación
Formulación de políticas
Límites de emisión, regulación de
usos de suelo y combustibles,
otros
Modelación, evaluación de
escenarios, análisis de
costo/beneficio
Fuente: OMS.
1.4.1.1 Estaciones de Monitoreo.
Una estación de monitoreo consiste en una caseta que contiene diversos
instrumentos destinados a monitorear las concentraciones de uno o más
contaminantes del aire y, por lo general, algunos parámetros meteorológicos.
10
Los criterios de localización de las estaciones son diferentes según los
objetivos de monitoreo que hayan sido establecidos. Sin embargo, en
cualquier caso es necesario que el lugar cuente con una fuente adecuada de
energía, con seguridad y que esté debidamente protegido de los elementos.
1.4.1.2. Redes de monitoreo.
Es común que las estaciones de monitoreo se encuentren agrupadas en
redes que pueden cubrir grandes extensiones geográficas. Los aspectos
relacionados con las redes de monitoreo se tratan en el Manual III.
1.4.1.3. Sistemas de Monitoreo de la Calidad del Aire.
Un Sistema de Monitoreo de la Calidad del Aire está destinado a medir,
registrar y procesar información sobre calidad del aire. Está formado por
estaciones de monitoreo y estaciones meteorológicas, sistemas de
transmisión de datos, centros de datos, oficinas, laboratorios y talleres.
2. Gestión de la calidad en los sistemas de monitoreo de la calidad del aire.
Se define como Control de Calidad (CC) a todo el sistema completo de
actividades técnicas que miden los atributos y funcionamiento de un proceso,
producto o servicio, contra estándares establecidos para verificar que se
cumplan los requerimientos que garantizan los estándares de calidad (EPA,
1998).
El Aseguramiento de la Calidad nace como una evolución natural del Control
de Calidad, que resultaba limitado y poco eficaz para prevenir la aparición de
defectos. Para ello se hizo necesario crear sistemas de calidad que
incorporasen la prevención como forma de vida y que, en todo caso, sirvieran
para anticipar los errores antes de que estos se produjeran. Un Sistema de
Calidad se centra en garantizar que lo que ofrece una organización cumple
con las especificaciones establecidas previamente, asegurando una calidad
11
continua a lo largo del tiempo. La definición, según la Norma ISO, es la
siguiente: aseguramiento de la calidad es un conjunto de acciones
planificadas y sistemáticas, implantadas en el Sistema de Calidad, que son
necesarias para proporcionar la confianza adecuada de que un producto
satisfará los requisitos dados sobre la calidad. De esta forma se
especificarán una serie de lineamientos y requerimientos mínimos aplicables
a equipos, estaciones y sistemas de monitoreo atmosférico con la finalidad
de garantizar la calidad de la información generada por estas actividades a
nivel local y estatal. (PNM)
2. Gestión de la Calidad en los SMCA
La Gestión de la calidad es responsabilidad de todo el personal del SMA,
pero lo es especialmente de la parte administrativa y de la dirección general
del SMA o de la organización a la que pertenezca.
“La gestión de la calidad es el conjunto de actividades a través de las cuales
se determina e implanta la política de calidad, que incluye a su vez el
establecimiento de los objetivos de calidad, la identificación de los procesos
necesarios para el sistema de gestión de la calidad, la determinación e
interacción de estos procesos, la determinación de los criterios y métodos
para el control eficiente de dichos procesos, la asignación de recursos y el
compromiso de la mejora continua de estos procesos.” (Decanini, 1997).
De acuerdo con la definición anterior se han establecido los siguientes
puntos que tienen referencia en la Norma Mexicana NMX-EC-17025-IMNC2000.
2.1.
Organización
El SMCA debe contar con un Manual de Organización donde se establezcan
las relaciones formales de comunicación y autoridad, así como los criterios
que definen la división del trabajo de un órgano determinado. El Manual de
Organización debe presentar en forma ordenada y sistemática la información
referente a los antecedentes, marco jurídico, atribuciones, estructura
12
orgánica, el organigrama y la descripción del objetivo y las funciones de las
áreas que conforman el SMCA.
Un Sistema de Monitoreo de la Calidad del Aire (SMCA), o la organización a
la que se pertenezca, debe ser una entidad que se pueda sostener como
legalmente responsable (ISO/IEC 17025). Debe determinar y proporcionar
los recursos necesarios para:
• Implantar y mantener un Sistema de Gestión de Calidad (SGC);
• Contar con la infraestructura para la instalación y mantenimiento de las
estaciones de monitoreo y el centro de control;
• Contratar, capacitar y supervisar al personal necesario para el correcto
funcionamiento del SMA;
• Adquirir los suministros y contratar los servicios que requieran los equipos
e instrumentos del SMA;
• Adquirir los equipos y/o instrumentos para instalar nuevas estaciones de
monitoreo en donde se requieran o para reemplazar los obsoletos.
Las funciones, responsabilidades y perfiles de los puestos dentro de la
estructura orgánica del SMCA deben estar definidos en un Manual de
Organización (ISO/IEC 17025).
El SMCA debe tener una dirección técnica que tenga responsabilidad total de
las operaciones técnicas y la provisión de los recursos necesarios para
asegurar la calidad requerida de sus operaciones (ISO/IEC 17025).
El SMCA debe designar un miembro del personal como gerente de calidad,
quien independientemente de otros deberes y responsabilidades deberá
tener definidas su responsabilidad y autoridad para asegurar que el SGC
esté implantado y seguido en todo momento. El gerente de calidad deberá
tener acceso directo al nivel más alto de la dirección en el cual se tomen las
decisiones sobre políticas y recursos del SMCA (Manual de Calidad ISO/IEC
17025).
2.2.
Servicio al Usuario
Los datos que se generan en el SMCA deben ser de uso público. Debido a
esto se debe contar con las herramientas necesarias para facilitar la
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comunicación e interacción con el usuario de los datos. Esto permitirá la
detección de necesidades de mejora.
2.3.
Atención de Quejas y Reclamaciones
El SMCA debe implantar y mantener un procedimiento para la atención de
quejas recibidas de los usuarios y de otras partes. Se deben mantener
registros de todas las quejas y las acciones correctivas tomadas por el SMA
(ISO/IEC 17025).
2.4.
Control de Trabajo No Conforme
El SMCA debe implantar y mantener un procedimiento para cuando algún
aspecto de su trabajo no está conforme con sus propios procedimientos o
con alguna otra reglamentación oficial. Se debe asegurar que se asignen las
responsabilidades para la dirección del trabajo no conforme y para que se
definan y realicen las acciones correctivas y se evalúe la importancia del
trabajo no conforme (ISO/IEC 17025).
2.5.
Acción Correctiva y Acción Preventiva
El SMA debe implantar y mantener un procedimiento para la ejecución de
acciones correctivas y acciones preventivas, cuando sea el caso. Las
acciones correctivas deben implantarse cuando haya sido identificado un
trabajo no conforme, desviaciones a las políticas y procedimientos en el SGC
o en las operaciones técnicas debido a auditorias internas o externas,
revisiones de la dirección y retroalimentación u observaciones de los
usuarios y del personal. El procedimiento debe incluir el análisis de las
causas, la selección e implantación de las acciones correctivas y su
seguimiento. Se puede considerar la elaboración de auditorias adicionales en
el caso que se tengan dudas sobre el cumplimiento del SMCA con sus
propias políticas y procedimientos (ISO/IEC 17025).
El SMCA debe identificar las mejoras necesarias y las fuentes potenciales de
no conformidades. En el caso de que se requiera acción preventiva se deben
desarrollar, implantar y monitorear planes de acción para reducir la
probabilidad de ocurrencia de dichas no conformidades y tomar ventaja de
oportunidades de mejora. El procedimiento debe incluir el inicio de tales
14
acciones y la aplicación de controles que aseguren que éstas son efectivas
(ISO/IEC 17025).
2.6.
Auditorías Internas al Sistema de Gestión de la Calidad
El SMCA debe conducir auditorias internas de sus actividades de forma
periódica y de acuerdo a un programa y a un procedimiento predeterminados
para verificar que sus operaciones continúan cumpliendo con los requisitos
del SGC.
El programa de auditorías internas debe dirigirse a todos los componentes
incluidos en el alcance del SGC. El responsable del SGC debe planear y
organizar las auditorías conforme al programa o bien cuando se identifique
una desviación importante en el sistema producto de una queja o
reclamación. Las auditorías internas deben ser efectuadas por personal
entrenado y calificado (auditores internos) dentro del SMA. Éste es un
requisito muy importante de este Manual y siempre se debe procurar que
quienes auditan determinadas áreas o actividades no estén relacionados
directamente con ellas.
En el procedimiento se deben definir las responsabilidades y requisitos para
la planeación y realización de auditorías, para informar de los resultados y
para mantener los registros (ISO 9001:2000). Estas auditorías son distintas a
las auditorías técnicas aunque estas últimas pueden incluirse dentro del
programa de las primeras.
2.7.
Revisiones de la Dirección
La dirección ejecutiva del SMA debe conducir periódicamente, de acuerdo
con un calendario y un procedimiento establecido, una revisión del SGC y de
las actividades operativas del SMA para asegurar su adecuación y
efectividad continua y para introducir los cambios necesarios o mejoras.
Según ISO/IEC 17025, la revisión debe tomar en cuenta:
• La adecuación de políticas y procedimientos;
• Los informes del personal directivo y de supervisión;
• El informe de auditorías internas recientes;
15
• Las acciones correctivas y preventivas;
• Las evaluaciones por organismos externos;
• Los resultados de comparaciones entre SSMA y algunas pruebas de
desempeño;
• Los cambios en el volumen y tipos de operaciones;
• La retroalimentación del usuario;
• Las quejas;
• La asignación de recursos;
• La capacitación del personal y
• Las actividades de control de calidad.
Los hallazgos de las revisiones de la dirección y las acciones que se deriven
de éstas deben registrarse. La dirección debe asegurar que tales acciones
sean llevadas a cabo dentro de los periodos adecuados y acordados
(ISO/IEC 17025).
2.8.
El
Sistema de Gestión de la Calidad
SMCA
debe
documentar
sus
políticas,
sistemas,
programas,
procedimientos e instrucciones en la extensión necesaria para asegurar la
calidad de los datos generados (ISO/IEC 17025).
Las políticas y objetivos del SGC del SMCA deben estar definidos en un
Manual de Calidad. El total de los objetivos deben documentarse en una
declaración de política de calidad. La declaración de la política de calidad
debe ser emitida bajo la autoridad del jefe ejecutivo. Ésta debe incluir al
menos lo siguiente:
•
El compromiso de la dirección del SMA, o de la organización a la que
pertenezca, con la buena práctica profesional y con la calidad de sus
operaciones;
•
Los objetivos del SGC;
•
El compromiso de la dirección del SMCA, o la organización a la que
pertenezca, de cumplir con esta Norma Mexicana.
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El Manual de calidad debe hacer referencia a los procedimientos de apoyo
incluyendo los procedimientos técnicos. Debe describir la estructura de la
documentación usada en el SGC (ISO/IEC 17025).
Las funciones y responsabilidades de la dirección técnica y del gerente de
calidad, incluso su responsabilidad para asegurar el cumplimiento de la
Norma ISO/IEC 17025.
Cualquiera que sea el propósito del monitoreo para obtener resultados que
sean útiles se requiere que las mediciones sean exactas y confiables. Esto
se garantiza desarrollando un plan de control y aseguramiento de la calidad.
En particular, este plan constituye una base sólida cuando los datos se usen
en la toma de decisiones para la gestión de la calidad del aire. En un sentido
amplio, la gestión de calidad, aseguramiento y control, deben cubrir todos
los aspectos de la planeación y operación de la red, desde el diseño del
sistema hasta la validación final de los datos. El Aseguramiento de la Calidad
incluye todas aquellas actividades planeadas e implantadas para asegurar la
calidad de los datos que se generan, las cuales deben ser evidenciadas
objetivamente,
es
decir,
se
deben
documentar
para
demostrar
el
cumplimiento con este Manual.
El primer paso en el establecimiento de un sistema de monitoreo es la
definición de los objetivos, los cuales determinarán el número de sitios, su
ubicación y las estrategias de muestreo. Es importante que en los objetivos
se considere la disponibilidad de recursos humanos, técnicos y financieros
destinados para este propósito por los gobiernos federales y/o locales. En la
selección de las metodologías de medición se debe tomar en cuenta el
costo-beneficio asociado con cada una. Es indispensable realizar una
evaluación previa del costo del equipamiento en función de su manejabilidad,
confiabilidad y desempeño. En el desarrollo de la etapa inicial se deben
tomar en cuenta aspectos tales como: operación, actividades de calibración y
mantenimiento, manejo de datos y validación. (US. EPA. 2004, CARB,2002;
OMS, 2000).
2.8.1.1. Capacitación
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Cada SMCA debe establecer un Programa de Capacitación Anual que lleve
al fortalecimiento profesional y actualización de su personal en los diversos
temas relacionados con el
monitoreo de la calidad del aire y los
correspondientes a la gestión de calidad. La capacitación para cada puesto
debe programarse en base a la identificación de necesidades del personal y
con metas de cobertura previamente definidas, indicando la frecuencia de
capacitación deseable. La capacitación puede ser externa o interna e
impartirse a través de cursos formales, talleres, conferencias (pueden ser
virtuales) y entrenamiento en el sitio de trabajo.
Los operadores y técnicos del SMA deben ser capacitados en la operación
de todos los analizadores e instrumentos para el monitoreo de la calidad del
aire y deben entender la necesidad de seguir procedimientos adecuados de
Aseguramiento y Control de la Calidad (NAPS).
Entre los cursos de capacitación con que debe contar el personal del SMA se
recomiendan, entre otros temas:
• Conocimiento general de la normatividad en la materia;
• Conocimientos generales sobre contaminación ambiental;
• Unidades y conversiones usadas en Contaminación del Aire;
• Control de la contaminación;
• Principios y prácticas de control de la contaminación del aire;
• Introducción al monitoreo del aire ambiente;
• Aseguramiento y control de calidad para sistemas de monitoreo
atmosférico;
• Muestreo y monitoreo atmosférico;
• Métodos analíticos para estándares de la calidad del aire;
• Metrología básica (Trazabilidad, estadística, incertidumbre, etc.)
• Evaluación de la calidad de los datos y
• Auditorías Técnicas del Sistema y Auditorías de Funcionamiento.
2.8.1.2. Control de Documentos
El SMA debe Implantar y mantener procedimientos para controlar todos los
documentos del SGC (ISO/IEC 17025). En estos procedimientos se debe
18
especificar la manera de proceder para la emisión, aprobación y cambios en
los
documentos
del
SGC
(manuales,
procedimientos
técnicos,
administrativos, técnico-administrativos, Instructivos, bitácoras, formatos,
etc.).
2.8.1.3. Control de Registros
Los registros técnicos que se realizan en la operación del SMA son de vital
importancia para el análisis de los datos. Asimismo, los registros de calidad
de informes de auditorias internas, de las revisiones de la dirección y de
acciones preventivas y correctivas desempeñan un papel relevante en la
mejora continua del SGC y en la operación del SMA.
El SMA debe establecer, implantar y mantener procedimientos para la
identificación,
corrección,
colección,
indexado,
acceso,
archivo,
almacenamiento, mantenimiento y disposición de los registros técnicos y de
calidad (ISO/IEC 17025).
En este procedimiento se deben establecer la protección y el respaldo de los
registros almacenados electrónicamente para prevenir acceso no autorizado
o cambios a estos registros (ISO/IEC 17025).
2.8.1.4. Selección de equipos de monitoreo y muestreo atmosférico.
El proceso de selección y compra de los analizadores y equipos de muestreo
es determinante para la calidad de los datos que se generen. Una mala
selección pone en riesgo la calidad de los datos y puede llevar a no lograr los
objetivos planeados. Es importante tener toda la información relativa a las
especificaciones de los equipos que deban adquirirse para asegurar que
cumplen con los requisitos de calidad preestablecidos.
Los analizadores y equipos de muestreo que satisfacen los requerimientos
de la USEPA como métodos equivalentes o de referencia para el monitoreo
del aire ambiente son los que deben seleccionarse para su uso en el SMA.
Cuando este tipo de analizadores no están disponibles pueden utilizarse
aquellos con eficacia y exactitud demostrada. Las características de
operación de estos instrumentos deben documentarse y se debe evaluar su
desempeño continuamente, tanto en campo como en el laboratorio (NAPS).
19
Las especificaciones mínimas de desempeño y los principios de medición
para los analizadores de aire ambiente se encuentran en el Manual 4 de
Monitoreo Atmosférico.
2.8.1.5. Adquisiciones de Suministros y Refacciones y Contratación de
Servicios
En el funcionamiento del SMA es indispensable que el abastecimiento de
suministros y refacciones no se vea interrumpido de modo que pueda afectar
la generación de datos y/o la calidad de los mismos. De igual manera se
debe asegurar la asistencia o contratación de servicios cuando algún equipo
o instrumento del SMA lo requiera.
El SMA debe implantar y mantener procedimientos para la selección y
adquisición de suministros y servicios que utiliza para que no se afecte la
calidad de la generación de los datos. Esto es, deben existir procedimientos
para la compra, recepción y almacenamiento de reactivos y materiales
consumibles de las estaciones y centro de control. Asimismo, se deben
establecer los métodos de evaluación de los proveedores de servicios,
suministros y refacciones y los métodos de programación de compras de
suministros y refacciones y de contratación de servicios. Se debe mantener
registro para comprobar el cumplimiento con esta Norma (ISO/IEC 17025).
2.8.1.6. Metodologías de muestreo y monitoreo
El SMCA debe elaborar Procedimientos Operativos (PO’s) donde se indica
en detalle la forma en que se realizan los métodos de prueba, de mediciones,
de análisis, las revisiones, calibraciones,
mantenimiento y demás
actividades para asegurar la calidad en el desarrollo de los procesos, en la
exactitud y la precisión de los datos.
La redacción de los procedimientos debe ser clara e inteligible para el
personal. En el Manual 4 de Monitoreo Atmosférico se establecen las
consideraciones básicas en la elaboración de los Procedimientos Operativos
como herramientas de trabajo en las prácticas de monitoreo atmosférico.
2.8.1.7. Subcontratación de Muestreos y Monitoreos
20
En el caso de que requiera de la subcontratación de un trabajo, el SMA debe
asignarlo a un subcontratista competente, por ejemplo, a un subcontratista
que cumpla con esta Norma. El SMA debe implantar y mantener un
procedimiento para la subcontratación de muestreos y/o monitoreos en
donde se establezcan la evaluación y selección de los subcontratistas
además de mantener registros de los que subcontrata y del cumplimiento con
esta Norma (ISO/IEC 17025).
2.8.1.8. Objetivos del monitoreo de la calidad del aire.
El primer paso en el diseño de un sistema de monitoreo es la definición de
los objetivos generales. Estos objetivos deben estar escritos en un lenguaje
sencillo y estar claramente definidos. El establecimiento de objetivos
confusos o mal planteados resultará en programas ineficaces, con mal uso
de los recursos disponibles e
innecesariamente costosos, lo que puede
traducirse en datos de calidad discutible. Durante esta etapa se deben tomar
en cuenta las necesidades de los usuarios regulares así como de los
usuarios potenciales. La aplicación de cuestionarios o entrevistas puede ser
una herramienta útil para conocer estas necesidades. La información que se
derive de los datos del monitoreo justificará el costo del sistema.
Las regulaciones locales, federales e internacionales deben considerarse en
la definición de los objetivos generales. Sin embargo, cada organización
puede definir los objetivos específicos con base en sus necesidades locales
o regionales.
En términos generales el monitoreo de la calidad del aire se realiza con
cualquiera de los siguientes objetivos (cuyo listado no es exhaustivo):
o determinar el grado de cumplimiento con las normas de calidad del aire;
o activar los procedimientos de emergencia para prevenir o mitigar los
episodios de contaminación;
o diseñar estrategias de control a mediano y largo plazo;
o observar las tendencias de la contaminación en una región;
21
o proveer una base de datos para hacer la gestión de la calidad del aire y
con fines de investigación (p.ej., relación con el transporte, el tránsito
vehicular y la planeación del uso de suelo);
o Determinar efectos :
o De la planeación urbana;
o Del transporte y los usos del suelo;
o Desarrollo y evaluación de estrategias de control y reducción de la
contaminación;
o desarrollo y validación de modelos y de sistemas de información
geográfica;
Tomando en consideración el uso final de los datos, el monitoreo deberá
orientarse con cualquiera de los siguientes propósitos:
o conocer las concentraciones máximas (valores pico) en el área cubierta
por la red de monitoreo;
o determinar los impactos en la salud y la población expuesta;
o informar al público acerca de los niveles de contaminantes en la
atmósfera;
o determinar el impacto de fuentes o categoría de fuentes en la
contaminación del aire;
o determinar las concentraciones de fondo en el aire ambiente;
o evaluar el alcance del transporte regional de los contaminantes en áreas
pobladas;
o estimar el impacto en áreas rurales y alejadas de las zonas urbanas;
o determinar el impacto en el ambiente y/o en la infraestructura urbana y el
patrimonio histórico.
Los objetivos descritos en los párrafos anteriores indican la naturaleza de los
datos que la red de monitoreo deberá colectar. Una revisión detallada de
éstos muestra que es difícil que un solo sitio pueda colocarse de manera que
22
cumpla con más de tres objetivos a la vez. Cuando esto suceda, cada
organización deberá determinar las prioridades de
sus objetivos para
seleccionar el sitio más representativo para el objetivo principal y asegurar
que provea datos de calidad adecuada. Es fundamental que se establezcan
objetivos de monitoreo claros y realistas lo cual permitirá continuar con el
siguiente paso que es la definición de los objetivos de calidad.
2.8.1.9. Objetivos de calidad de los datos.
Una parte esencial de cualquier sistema de monitoreo es el control y
aseguramiento de la calidad (CC/AC), que es un conjunto de actividades que
confirman que las mediciones cumplen con normas de calidad apropiadas
con un adecuado nivel de confianza. La función del CC/AC no es la de
alcanzar la calidad más alta en los datos, lo que sería una meta poco realista
limitada por los recursos disponibles, sino la de definir un conjunto de
actividades que aseguran que las mediciones cumplen con objetivos de
calidad diseñados especialmente para el programa de monitoreo. Los
objetivos de calidad deben considerar los siguientes aspectos:
2.8.1.9.1.
Medición de
la precisión y la exactitud. Precisión se refiere al
acercamiento del conjunto de valores obtenidos de mediciones idénticas de
una magnitud. Exactitud se refiere a que tan cerca del valor real se encuentra
el valor medido.
2.8.1.9.2.
Compleción es la relación entre el número de muestras realmente
obtenidas y el número que se pudo haber obtenido si se hubiera capturado
el 100%. Se puede medir como el porciento de muestras válidas que en el
caso de los trabajos desarrollados en la DGCENICA es de 75%.
2.8.1.9.3.
Comparabilidad. La comparabilidad (la calidad o estado de ser
comparable) de los datos es una de las características que se emplean
para describir su calidad. La comparabilidad de diferentes conjuntos de
datos determina como se pueden usar colectivamente para apoyar en el
proceso de toma de decisiones. La comparabilidad también se usa para
medir la utilidad de los datos al usar técnicas de calidad analítica menos
rigurosa. Hay numerosos factores que influyen en la comparabilidad de los
23
datos. Unos se deben a la recolección y manejo de las muestras y otros a
los métodos analíticos usados.
2.8.1.9.4.
Representatividad. Calidad de representativo. Se refiere al grado en el
que los datos representan de manera exacta y precisa una característica
de una población, la variación de un parámetro en un punto de muestreo, la
condición de un proceso, o una condición ambiental.
2.8.1.9.5.
Trazabilidad es la propiedad del resultado de una medida o del valor de
un estándar donde éste pueda estar relacionado con referencias
especificadas, usualmente estándares nacionales o internacionales, a
través de una cadena continua de comparaciones todas con incertidumbres
especificadas. Todas las mediciones realizadas en el SMCA deben ser
trazables al Sistema Internacional de Unidades (SI). Si el SMCA cuenta con
un laboratorio de calibraciones
debe asegurar que las calibraciones y
mediciones hechas por el laboratorio sean trazables al SI; Los materiales y
equipos utilizados para la calibración de los analizadores, muestreadores y
monitores del SMA deben ser de precisión y exactitud certificada contra los
patrones de referencia que son trazables a los estándares primarios
nacionales (NAPS).La trazabilidad de los patrones e instrumentos de
medición al SI se establece por medio de una cadena continua de
calibraciones o comparaciones vinculándolas a los patrones primarios
relevantes de las unidades de medición del SI. El vínculo con las unidades
del SI puede ser alcanzado por referencia a los patrones nacionales de
medición. Los patrones nacionales de medición pueden ser patrones
primarios, que son realizaciones primarias de las unidades del SI o
representaciones acordadas de las unidades del SI basadas en constantes
físicas fundamentales, o pueden ser patrones secundarios que sean
patrones calibrados por otro instituto de metrología nacional (ISO/IEC
17025).
Cuando el SMCA utilice servicios de calibración externos debe asegurar la
trazabilidad de la medición mediante el uso de servicios de calibración de
laboratorios que puedan demostrar competencia, capacidad de medición y
24
trazabilidad (ISO/IEC 17025). Para mayor detalle, consultar la Norma
Internacional ISO/IEC 17025 o su equivalente, la Norma Mexicana NMX-EC17025-IMNC-1999. En el Manual 4 de Monitoreo Atmosférico se especifican
los patrones utilizados por un SMA y la trazabilidad de éstos.
Las actividades de calidad estarán presentes en todas las fases del
monitoreo. El control de calidad afecta directamente a la medición,
operación, calibración, (contenidos en el Manual IV); manejo de datos, (en el
Manual V); auditorias (Manual VI) y capacitación, mientras que el
aseguramiento de la calidad está relacionado con el proceso de prevención.
El CC/AC cubre todos los aspectos de la operación de una red de monitoreo:
el diseño del sistema, la selección de sitios y de equipamiento, la operación,
mantenimiento, calibración, capacitación, revisión y validación de datos. Con
el propósito de asegurar el desempeño correcto del programa de monitoreo
es necesaria la aplicación exitosa de cada componente del plan de calidad.
El primer paso en la gestión de la calidad es el diseño de un programa
adecuado de calidad (WHO Europe 2002). El programa debe estar
completamente documentado y su aplicación debe monitorearse de manera
activa.
Dependiendo de la complejidad del sistema y de la exigencia de los objetivos
de calidad es indispensable considerar dentro de los gastos un presupuesto
de 20% al 50% del costo anual de operación para el programa de CC/AC.
Cuando se desea armonizar los planes de calidad en redes muy grandes o
en sistemas que incluyen varias redes se puede establecer un sistema
común para la gestión de la calidad. En estos casos se puede solicitar la
acreditación formal del sistema.
De acuerdo con la Agencia de Protección del Ambiente de los Estados
Unidos (US EPA, por sus siglas en inglés) el proceso para la definición de los
objetivos de calidad consta de siete pasos (que se muestran a continuación)
y que son usados para facilitar la planeación de la operación enfocando los
esfuerzos del sistema en el uso final de los datos. El proceso de definición de
objetivos establece un lenguaje común compartido por los tomadores de
decisiones y el personal técnico durante la discusión de los objetivos del
25
programa y la calidad de los datos; provee un mecanismo para reducir el
número de objetivos a los aspectos críticos relevantes; facilita el desarrollo
de los objetivos y las limitaciones para optimar los planes de monitoreo;
provee una estructura lógica dentro de la cual se puede cumplir un proceso
iterativo de guía, diseño y realimentación de manera eficiente.
2.8.1.10. Diseño de los objetivos de calidad de los datos.
El proceso para el diseño de los objetivos de calidad es el siguiente:
• Definición del problema, desarrollo de un modelo conceptual
del riesgo ambiental a investigar y determinación de
los
recursos disponibles.
• Identificación de la decisión. Identifica la pregunta clave del
problema por resolver y las acciones alternativas que
deberán tomarse en función de la respuesta a la pregunta
clave.
• Identificación de las entradas para la decisión. Identifica el
tipo de información necesaria para resolver la decisión del
paso anterior y las fuentes potenciales de información.
• Definición de los límites del estudio. Identifica la población de
interés y sus características espaciales y temporales que son
pertinentes para la toma de decisiones.
•
Desarrollo de una regla de decisión. A partir de la
información obtenida en los pasos anteriores se establece
una regla de decisiones que describa las condiciones bajo
las cuales es posible tomar acciones alternativas.
•
Especificación de los límites de tolerancia en la decisión
sobre errores. Especificar cuantitativamente las metas de
desempeño para la selección entre dos acciones alternativas.
•
Optimar el diseño del estudio. En esta etapa se busca
desarrollar un muestreo y análisis eficiente para generar
datos que satisfagan los objetivos de calidad.
26
De esta manera, el Aseguramiento de la Calidad incluye todas aquellas
actividades planeadas e implantadas para asegurar la calidad de los datos
que se generan. Éstas deben ser evidenciadas objetivamente, es decir, se
deben documentar para demostrar el cumplimiento con este Manual.
2.8.2.
Control de la Calidad.
El Control de Calidad incluye las tareas relacionadas con el control durante
la recolección de las muestras, manejo, análisis, revisión, verificación de
datos y elaboración de reportes. Incluyen las calibraciones periódicas, las
verificaciones rutinarias del servicio, las verificaciones mensuales de
mantenimiento para control de calidad de instrumentos específicos y las
verificaciones
de muestreos y análisis de muestras duplicadas o
enriquecidas. Además, el control de calidad se lleva también a las áreas de
desempeño técnico operativo y se complementa con la revisión y validación
de los datos generados y con auditorías técnicas al SMA.
Las actividades de control de la calidad se aplican para asegurar que en los
monitoreos atmosféricos las lecturas de la medición reflejen los valores de la
calidad del aire y que éstas se mantengan dentro de los criterios de
aceptación para el cumplimiento de los objetivos de calidad de datos. El
control de calidad es correctivo al igual que proactivo, estableciendo técnicas
para prevenir la generación de datos inaceptables y la política para la toma
de acciones correctivas.
2.8.2.1. Selección y Ubicación de los Sitios de Monitoreo Atmosférico.
La selección de los sitios del Sistema de Monitoreo debe hacerse mediante
consulta y con asesoría del Gobierno Federal (Secretaría del Medio
Ambiente y Recursos Naturales, SEMARNAT, ésta a través del Instituto
Nacional de Ecología, INE y su Dirección General del Centro Nacional de
Investigación y Capacitación Ambiental, DGCENICA, la Secretaría de Salud,
SSA y la Secretaría de Desarrollo Social, SEDESOL) para cumplir con el
objetivo de generar datos representativos de la calidad del aire del área
geográfica de interés. Los sitios en el SMCA son seleccionados en base a los
requisitos de distribución, ubicación, separación y escala espacial de
27
representatividad para representar los lugares donde la población realiza sus
actividades cotidianas (Ver Manual 3). Dependiendo de los propósitos y las
razones específicas se pueden monitorear
algunos o todos los
contaminantes criterio. Algunas estaciones son utilizadas por los gobiernos
locales para el reporte del índice de la calidad del aire, otras para
investigación, monitoreo de transporte de contaminantes a través de la
atmósfera o para estudios especiales sobre problemas locales de
contaminación del aire. La meta es proveer la mejor evaluación de la calidad
del aire o de un problema de contaminación atmosférica para la población en
general con la mayor eficiencia (NAPS).
Si la estación no satisface todos los parámetros en los criterios de ubicación
se debe documentar cuales son los que no lo hacen.
2.8.2.2. Instalación de estaciones de monitoreo y sistemas de muestreo.
Un diseño apropiado para el sistema de muestreo en una estación de
monitoreo es esencial para el aseguramiento de la calidad de los datos.
Algunas de las características que pueden interferir con la integridad de la
muestra de aire y la calidad de los datos resultantes son:
•
Estabilidad de la temperatura en la caseta;
•
Ubicación de la toma de muestra;
•
Diseño del múltiple;
•
Largo y composición de las líneas de muestra;
•
Composición de los filtros.
Dentro de la documentación del sitio de monitoreo atmosférico se debe
contar con los siguientes datos:
•
Identificación de la estación;
•
Nombre y dirección de la estación;
•
•
•
Ciudad, incluyendo delegación o municipio;
Tipo de análisis y propietario;
Descripción del sitio, incluyendo la escala de representatividad,
espacio utilizado, elevación, altura promedio de construcción,
28
restricciones de flujo de aire, múltiple y estaciones meteorológicas
más cercanas;
•
Influencias del sitio, incluyendo fuentes fijas de emisión
localizadas y avenidas;
•
Mapa del sitio o fotografía aérea;
•
Fotografías de la entrada de muestra mostrando cada uno
de los cuatro cuadrantes.
Cada estación de monitoreo debe llevar los registros de las actividades
realizadas en una bitácora de estación. Las especificaciones para la
instalación de estaciones de monitoreo y sistemas de muestreo se
encuentran detallados en el Manual 2 de Sistemas de Monitoreo de la
Calidad del Aire.
2.8.2.3. Operación, Mantenimiento y Calibración de los Equipos de Muestreo
y Monitoreo de las estaciones del Sistema de Monitoreo de la Calidad del
Aire.
La operación de las estaciones del Sistema es responsabilidad del gobierno
local y debe ser supervisado por el encargado del SMA. Se debe realizar un
programa de visitas al sitio para verificaciones de cero y span, calibraciones,
mantenimiento preventivo, y documentación de los datos y registros. El SMA
debe elaborar un programa para determinar los tiempos en los que se deben
llevar a cabo las actividades establecidas en la Tabla 1.3.
2.8.2.3.1. Visitas a las estaciones de monitoreo.
Uno de los principales propósitos de las visitas a las estaciones de monitoreo
es verificar la adecuada operación de los analizadores y del sistema de
adquisición de datos para asegurar que éstos estén completos y sean
válidos. Otro propósito es verificar el ambiente y las condiciones de
seguridad de la estación. Se recomienda realizar visitas regulares al menos
cada semana para verificar la operación automática de los analizadores y
también para verificar la toma de muestra. Las visitas deben realizarse
29
conforme lo indicado en la Tabla 1. Las actividades que se llevan a cabo
deben documentarse en la bitácora de la estación.
Tabla 1. Resumen de las actividades de las
visitas al sitio de monitoreo
Tareas
Visita regular
Verificación de cero y
span
Calibración multipunto
de analizadores
Mantenimiento
preventivo
Mantenimiento y
Calibración de
Muestreadores de Alto
Volumen
Encargado
Operador de la estación
Operador de la estación y
técnicos de calibración
Técnicos de calibración
Técnicos de laboratorio
Operador de la estación y
técnicos del laboratorio
Frecuencia
Semanal
Semanal
Bimestral; después de
una reparación a algún
analizador y cuando es
instalado un analizador
Al menos 3 veces al
año
1 vez después de cada
15 muestreos, cambio
de motor o cambio de
carbones.
Auditorías internas al
SMA
Agencia auditora o un técnico
(auditor interno) que no sea el
operador del sitio
Cada un mes
Auditorías externas al
SMA
Auditores del INE/DGCENICA
Cada tres años
Es requisito que cada equipo del Sistema cuente con sus manuales de
operación, mantenimiento y calibración para que el operador de la estación
pueda consultarlos. La operación de los analizadores e instrumentos de
muestreo y medición se debe realizar de acuerdo a los procedimientos
descritos en sus manuales de operación y mantenimiento y a los
procedimientos operativos (PO’s) del SMCA. En el Manual 4 de Monitoreo
Atmosférico se encuentran descritos los principios de operación de
analizadores y muestreadores de calidad del aire. Algunas de las actividades
que deben realizarse en la visita a la estación de monitoreo son las
siguientes:
• Examinar las condiciones externas incluyendo la revisión de la entrada de
la toma de muestra para ver si no presenta algún daño u obstrucción.
Revisar periódicamente las características de la estación para detectar
cualquier cambio o modificación;
• Examinar el múltiple, las líneas de transferencia y los filtros de entrada
para ver si hay acumulación de polvo y reemplazar o limpiar según se
30
requiera. Examinar los sellos en el sistema de muestreo, los lavadores y
agentes desecadores y reemplazarlos si se requiere;
• Hacer las verificaciones del cero y span a los analizadores. Registrar los
valores de la gráfica de control. Observar si hay desviaciones anormales.
Calibrar cuando algún instrumento se encuentre fuera de control;
• Reconfigurar el sistema de transmisión de datos, si se requiere
• Si la estación cuenta con cilindros de mezcla de gases para ajustes
automáticos reemplazarlos cuando la presión sea menor a 1500 kPa (215
psig) y
• Dar mantenimiento preventivo a los analizadores e instrumentos de
acuerdo a lo señalado en los manuales de operación y mantenimiento de
cada uno.
2.8.2.3.2. Verificación del cero y del span a analizadores
Las verificaciones del cero y del span se usan para la observación del
desempeño de los analizadores y la estabilidad de la calibración. Éstas
deben realizarse al menos una vez a la semana para todos los analizadores
de gases. Si algún analizador presenta una desviación mayor a ± 15% de los
valores de control de la última calibración se requiere una calibración
multipunto. Si algún equipo cuenta con verificación automática de cero y
span, éstas deben programarse para que se lleven a cabo durante las
primeras horas de la mañana, a menos que los niveles de contaminación en
el sitio durante ese periodo sean significativos. El objetivo es reducir al
mínimo la pérdida de datos significativos (NAPS). Deben seguirse los
procedimientos de verificación de cero y span descritos en el manual de
operación del analizador, los PO’s del SMA o el procedimiento descrito en el
Manual 4 de Monitoreo Atmosférico.
Cuando el analizador se encuentra fuera de los límites de control se debe
calibrar, identificando, rectificando y documentando la causa. El tiempo para
la calibración debe ser el mínimo posible para evitar la pérdida de datos.
2.8.2.3.3. Calibración multipunto a analizadores
31
La calibración de un analizador consiste en establecer la relación cuantitativa
entre la concentración real del contaminante (entrada en ppm, ppb,
g/m3,
etc.) y la respuesta del analizador (lectura en la carta de registro, salida en
volts o salida digital). Las calibraciones multipunto, junto con los datos de
cero y span se usan en la evaluación del desempeño de los analizadores y el
establecimiento de la validez de los datos.
El SMCA debe realizar calibraciones multipunto a intervalos máximos de dos
meses y cuando las variaciones del span sean mayores a ± 15%. La
precisión de las calibraciones multipunto en laboratorio debe estar dentro de
± 4% (en el peor de los casos) usando estándares primarios (NAPS).
Cada analizador debe ser calibrado apegándose a las condiciones de
operación, conforme a procedimientos establecidos basados, tanto en las
instrucciones específicas del manual de operación del equipo, como en las
directrices generales provistas por las normas de referencia utilizadas las
cuales comúnmente contienen criterios detallados de calibración. En el
Manual 4 de Monitoreo Atmosférico se encuentra un procedimiento para la
calibración multipunto.
En general, los criterios para la realización de calibraciones multipunto a un
analizador son los siguientes:
• Cuando un analizador es instalado por primera vez, la calibración debe
hacerse antes de comenzar la adquisición de datos;
• Cada dos meses para todos los analizadores;
• Cuando las variaciones de span exceden ± 15% o tres veces la variación
estándar, en el caso de usar gráficos de control;
• Para nuevos analizadores se recomienda calibrarlos por segunda ocasión
después de un mes de operación en el sitio;
• Después de mantenimiento y/o reparación de algún analizador.
2.8.2.3.4. Mantenimiento y calibración de muestreadores
de alto volumen.
En el caso de los muestreadores de alto volumen el mantenimiento y la
calibración se llevan a cabo en el mismo periodo. Después de cada 15
32
muestreos el SMA debe dar mantenimiento a los muestreadores de alto
volumen. Antes de realizar el primer muestreo después del mantenimiento,
los muestreadores deben calibrarse con el kit de calibración de placas de
orificio de acuerdo a las especificaciones establecidas en la NOM-035SEMARNAT-1993.
Los muestreadores a los que se les haya realizado cambio de motor o de
carbones deben calibrarse.
2.8.2.3.5. Mantenimiento preventivo y correctivo
Se debe dar mantenimiento preventivo a los equipos e instrumentos del SMA
de la forma que se indica en sus manuales de operación y mantenimiento. El
mantenimiento preventivo aumenta la captura de datos, mejora la confianza
del sistema y asiste en la identificación de algún problema potencial que
puede solucionarse antes de que ocurra una falla. También ayuda a prevenir
el desgaste acelerado del equipo
y
reparaciones
o
adquisiciones
extraordinarias que generen un costo adicional.
La frecuencia mínima establecida para el mantenimiento preventivo debe ser
de tres veces por año para los equipos e instrumentos de las estaciones,
centros de control y demás áreas que cuenten con equipos cuyo uso pueda
afectar en la calidad de los datos. La frecuencia puede aumentarse de
acuerdo a las condiciones de contaminación que se presenten en el sitio de
monitoreo. En atmósferas muy severas el mantenimiento preventivo debe
programarse con una frecuencia de 4 a 6 veces por año.
El SMA puede dejar de programar el mantenimiento preventivo y/o correctivo
a aquellos equipos de nueva adquisición que aún cuenten con la garantía del
proveedor pero debe documentar los reportes que el proveedor elabore en la
ejecución de cualquiera de los dos mantenimientos..
Los programas de mantenimiento preventivo incluyen elementos tales como:
• Inventario de equipo por organización o estación;
• Listas de partes y refacciones por equipo, incluyendo listas de
proveedores;
33
• Frecuencia de inspección / mantenimiento por equipo;
• Programas de Calibración;
• Programas de sustitución de equipos;
• Sitios y responsables de reparación por equipos;
• Contratos de Servicio;
•
Registros mensuales
de las actividades de prueba, inspección y
mantenimiento y formatos de ingreso de consumibles, refacciones y equipos;
• Requisiciones y/o ordenes de compra;
• Registros sobre movimiento o cambio de ubicación de instrumentos.
El mantenimiento correctivo se debe realizar cuando se presenten fallas en
los equipos e instrumentos del SMA.
Se deben documentar todos los registros y reportes que se generen en la
realización de cualquier tipo de mantenimiento.
En el Manual 4 de Monitoreo Atmosférico se especifican las características
de los programas de mantenimiento.
2.8.2.4. Revisión y Validación de datos
Antes de que los datos generados sean aceptados dentro de una base de
datos, el SMA debe validarlos y filtrar los datos erróneos. Este proceso de
validación es importante para hacer máxima la integridad de los datos. La
validación puede hacerse en forma manual o por medio de sistemas de
análisis de datos. Cualquiera que sea el proceso de validación se requiere de
un alto grado de juicio para aceptar o rechazar algún dato poco usual.
Algunos de los factores a considerar en este proceso son:
• Variación del cero y del span;
• Resultados de calibraciones y ajustes realizados a los parámetros de
operación;
• Historial del funcionamiento y servicios realizados al equipo;
• Cambio poco usuales de las condiciones climáticas;
• Cambio de la condición estacional y
• Niveles de otros contaminantes durante el mismo periodo.
34
Se recomienda una revisión manual diaria de todos los datos que sea
realizada por un analista experimentado en la química de los contaminantes
del aire, en el comportamiento de los analizadores y en las condiciones
locales del clima y de los contaminantes.
El SMCA debe implantar la metodología para la validación de datos que se
establece en el Manual 5 de Monitoreo Atmosférico.
2.8.2.5. Auditorías técnicas al SMA
El SMCA debe sujetar los Sistemas de Monitoreo Atmosférico al
Procedimiento Federal de Auditoría para Sistemas de Monitoreo Atmosférico
que se encuentra en el Manual VI. Esto permite que los datos que se
generan sean comparables y se usen con confianza dentro de los programas
de gestión de la calidad del aire. Tal programa establece el siguiente
esquema:
• Auditoría técnica del sistema
Es una revisión de los aspectos técnicos del Programa del SMA, como
sistemas de medición, recolección, manejo y análisis de muestras,
procesamiento de datos, elaboración de reportes, etc. Incluye entrevistas de
orden técnico con el personal responsable, revisión de los PO’s,
instalaciones y documentación para el aseguramiento de la calidad.
• Auditoría técnica de funcionamiento
Se verifica la respuesta u otros parámetros críticos de operación de los
equipos de muestreo, analizadores e instrumentos que funcionen como
patrones de referencia del SMA. Incluye la revisión del sistema de muestreo
de las estaciones.
• Auditoría de datos
Se evalúan exhaustivamente los procedimientos que utiliza el SMA para
recolectar, interpretar y reportar los datos de calidad del aire.
35
Los criterios y metodologías de evaluación en las auditorías técnicas están
especificados en el Manual 6 de Monitoreo Atmosférico. Es recomendable
que el SMA realice auditorías técnicas siguiendo estas metodologías para
detectar necesidades de mejora y fuentes potenciales de no conformidades.
En este caso el SMA debe turnar el reporte que resulte de la Auditoría
Técnica al INE/DGCENICA para su seguimiento.
3. Referencias.
3.1. ISO 9001:2000, Sistemas de Gestión de Calidad – Requisitos, ISO,
2000.
3.2. ISO/IEC
17025:1999,
NMX-EC-17025-IMNC-2000,
Requisitos
Generales para la Competencia de los Laboratorios de Ensayo y de
Calibración, 2000.
3.3. Report Series No. PMD 95-8, National Air Pollution Surveillance
Network (NAPS), Quality Assurance and Quality Control Guidelines,
Environmental Technology Centre, Pollution Measurement Division,
Environment Canada, Canada, 1995.
3.4. Report No. AAQD 2004-1, National Air Pollution Surveillance Network
(NAPS),
Quality
Assurance
and
Quality
Control
Guidelines,
Environmental Technology Centre Analysis and Air Quality Division,
Environment Canada, Canada, 2004.
3.5. Decanini, Alfredo E. (1997). Manual ISO-9000, Ediciones Castillo,
tercera edición, 1997.
3.6. INE-SEMARNAT (2003). Programa Nacional de Monitoreo Atmosférico.
CENICA, México, 2003.
3.7. EPA (1998). Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement
Systems. Vol.II: Part 1, Ambient Air Quality Monitoring Program Quality
System Development, EPA-454/R-98-004 , Office of Air Quality Planning
and Standards, Washington, August 1998.
36
3.8. NZ, 2000. Good-practice guide for air quality monitoring and data
management, December 2000. Published by the Ministry for the
Environment of New Zealand, ISBN 0-478-24005-2.
3.9. CFR (2004). Code of Federal Registers Title 40. Protection of
Environment, PART 58-AMBIENT AIR QUALITY SURVEILLANCE.
37
MANUAL 2
Sistemas de Monitoreo de la
Calidad del Aire.
38
Sistemas de Monitoreo de la Calidad del Aire.
ÍNDICE
1. Introducción. Calidad del Aire. Definición.
1. Contaminantes del Aire. Clasificaciones.
1.
1.1. Clasificación por su importancia.
1.1.1.Contaminantes Criterio.
1.1.1.1.
2.
Contaminantes No Criterio.
Clasificación por su origen.
1.1.2.1.
Contaminantes Primarios.
1.1.2.2.
Contaminantes Secundarios.
2. Gases.
2.1. CO.
1.
2.2. SO2.
2.
NO2.
3.
O 3.
3. Partículas.
1.3.1. PST.
1.3.2. PM10.
1.3.3. PM2.5.
Plomo.
2. Sistemas de Monitoreo de la Calidad del Aire. Definiciones.
2.1. Componentes de un Sistema.
2.1.1. Estaciones de monitoreo de la calidad del aire.
2.1.1.1. Representatividad Espacial.
2.1.1.2. Movilidad.
2.1.1.2.1. Fijas.
2.1.1.2.2. Móviles
2.1.1.3.
Técnicas de medición de la calidad del aire.
39
2.1.1.4.
Tipo de instrumentos.
2.1.1.4.1. Estaciones manuales.
2.1.1.4.2. Estaciones automáticas y mixtas.
2.1.1.5.
Consideraciones generales para la instalación y operación de
estaciones de monitoreo.
2.1.1.6.
Características
de
construcción
y
funcionales
estaciones de monitoreo
2.1.1.7.
Técnicas de medición de la calidad del aire.
2.1.1.8.
Tipo de instrumentos.
2.1.1.8.1. Estaciones manuales.
2.1.1.8.2. Estaciones automáticas y mixtas.
2.1.2. Sistemas de transmisión de datos.
2.1.3. Centro de Cómputo.
2.1.4. Laboratorios analíticos y de transferencia de estándares.
2.1.5. Oficinas administrativas.
2.1.6. Taller de mantenimiento y reparación.
2.1.7. Almacén de consumibles, partes y refacciones.
3.
Codificación administrativa de las estaciones.
40
de
las
Introducción.
Un Sistema de Monitoreo de la Calidad del Aire es el conjunto organizado de recursos
humanos, técnicos y administrativos empleados para el monitoreo de la calidad del aire
en una región dada. Estos Sistemas deben responder en forma eficiente y confiable a
los objetivos del monitoreo y a las necesidades de información establecidas por las
normas federales y/o locales vigentes en materia de calidad del aire. Dentro de sus
actividades se encuentran la medición, registro y procesamiento de los datos de calidad
del aire. Sus principales productos en cuanto a calidad del aire son las bases de datos,
el índice, así como los informes y el pronóstico de la contaminación atmosférica. La
infraestructura del sistema debe permitir el cumplimiento de los siguientes objetivos:
evaluar la observancia de las normas de calidad del aire, conocer los niveles de
contaminación prevalecientes en corto tiempo, informar a la población sobre los niveles
de contaminación, verificar los efectos de las medidas de control en la contaminación
atmosférica y promover la gestión ambiental para evitar el deterioro de la atmósfera
debido a las actividades humanas.
1. A continuación se presentan algunos conocimiento básicos sobre calidad del aire
requeridos para comprender el comportamiento de los contaminantes en la
atmósfera y, por lo tanto, el funcionamiento adecuado de un sistema de
monitoreo.Calidad del Aire. Definición.
El aire es una mezcla de gases en la que predominan el nitrógeno y el oxígeno.
Además contiene otros gases en proporciones menores, como el vapor de agua, el
bióxido de carbono y algunos gases nobles. Sin embargo, normalmente la composición
del aire se ve alterada por otros compuestos que se conocen como contaminantes. La
calidad del aire se puede definir como el estado que guarda el aire ambiente respecto a
la presencia de contaminantes potenciales. También se define como la composición
del aire respecto a las cantidades de contaminantes y por lo general se compara con
normas en las que se marcan las concentraciones máximas aceptables de esos
contaminantes.
41
1.1. Contaminantes del Aire. Clasificaciones.
Toda sustancia que aparece en el aire y que no se encuentra normalmente ahí o que
se halla a concentraciones mayores que las usuales, es un contaminante del aire. Estas
sustancias pueden afectar la salud de plantas y animales (incluyendo al hombre) o bien
pueden reducir la visibilidad. Los contaminantes atmosféricos se generan en procesos
naturales o en las actividades humanas.
1.1.1. Clasificación por su importancia. La importancia relativa de los contaminantes se
debe tanto a la frecuencia con que se presentan en el aire ambiente como a las
concentraciones en que se hallan. Las dos categorías básicas de contaminantes
son la de contaminantes criterio y contaminantes no criterio.
1.1.1.1.Contaminantes Criterio. Éstos son los contaminantes sobre los que se
tiene la mayor cantidad de información (plasmada originalmente en los llamados
documentos criterio) y para los cuales se han establecido concentraciones límite
(normas de calidad del aire) como línea divisoria entre una calidad de aire
aceptable y una mala calidad. Los contaminantes criterio son:
Monóxido de carbono, bióxido de azufre, bióxido de nitrógeno, ozono, las
partículas (PST y PM10 ) y el plomo.
1.1.1.2.
Contaminantes No Criterio. Todos los demás contaminantes se
consideran como no criterio. Entre ellos destacan los gases con efecto
invernadero y los contaminantes tóxicos.
1.1.2. Clasificación por su origen.
1.1.2.1.
Contaminantes Primarios. Estos son los contaminantes que se emiten al
aire directamente desde una fuente emisora, como el monóxido de carbono, el
bióxido de azufre, algunas partículas y el plomo.
Contaminantes Secundarios. Los contaminantes secundarios no son emitidos por
ninguna fuente sino que se forman en el aire por reacciones entre contaminantes
primarios y los componentes del aire. El ejemplo más importante lo constituye el
ozono.
42
1.2. Gases.
1.2.1. Monóxido de Carbono. El monóxido de carbono, o CO, es un gas incoloro e
inodoro que se forma cuando un combustible que contiene carbono no se quema
completamente.
Es un componente de los gases de escape de los vehículos
automotores. Las concentraciones más elevadas se encuentran en áreas con mucho
tránsito. Es un contaminante típicamente urbano. En ciudades, entre el 85 y el 95
porciento de todas las emisiones provienen de los escapes de vehículos. Entre otras
fuentes están algunos procesos industriales, la quema de leña en hogares y fuentes
naturales como incendios forestales. Las estufas de leña, de gas, el humo de cigarillo, y
los calentadores de gas y de petróleo sin chimenea son fuentes importantes de CO en
interiores. A altas concentraciones el CO as tóxico aún para gente sana pero puede
afectar a los enfermos del corazón. También puede afectar el sistema nervioso central.
Aunque las medidas de control (convertidores catalíticos) han reducido las emisiones
unitarias de CO en los últimos veinte años el aumento correspondiente en el número de
vehículos se ha duplicado, al menos en los Estados Unidos. Además, el deterioro de los
dispositivos de control y su eventual inhabilitación intencional, también anula parte del
beneficio en la reducción de las emisiones por las medidas de control.
1.2.2. Bióxido de Azufre.
Aunque el nombre correcto de este compuesto es anhídrido sulfuroso, en la
terminología de la contaminación del aire se conoce como bióxido de azufre. Su formula
es SO2 y es el producto principal de la combustión de los compuestos de azufre. El olor
de SO2 se describe como de “azufre quemado”.
El SO2 es producido por los volcanes y en varios procesos industriales. Puesto que el
carbón y el petróleo frecuentemente contienen compuestos de azufre su combustión
también genera SO2.
El SO2 es muy dañino para la salud humana causando problemas respiratorios y
agravando males cardiacos y pulmonares ya existentes. Sus efectos pueden ser letales,
en particular cuando se halla en presencia de partículas, al constituir el efecto
sinergístico
personas.
más reconocido que en Londres cobró la vida de más de cuatro mil
Su oxidación posterior, por lo general en presencia de un catalizador
(como el NO2 o algunos metales) forma ácido sulfúrico, H2SO4, el cual, junto con el
HNO3 y agua, forman lluvia ácida. Ésta daña los cultivos, los bosques, los materiales,
43
los monumentos históricos (es bien conocido el deterioro que han sufrido las zonas
arqueológicas mayas en el sur-sureste del país). También, acidifica los suelos y el
agua de lagos y ríos. El ácido sulfúrico también se convierte en partículas sólidas
(sulfatos) que reducen notablemente la visibilidad.
El SO2 puede transportarse a grandes distancias por lo que sus efectos no están
restringidos a la zona en la que se emite. Los lagos y los bosques de la península
escandinava sufrieron por mucho tiempo los efectos de la contaminación originada en
las grandes concentraciones industriales inglesas.
1.2.3. Óxidos de nitrógeno. (NO2 y NO).
El término óxido de nitrógeno puede referirse a alguno de los siguientes compuestos:
NO (óxido nítrico); NO2 (bióxido de nitrógeno); N2O (óxido nitroso) ; N2O3 (trióxido de
dinitrógeno); N2O4 (tetróxido de dinitrógeno) y N2O5 (pentóxido de dinitrógeno). Desde
el punto de vista de la contaminación del aire sólo los dos primeros tienen importancia y
sólo el bióxido (NO2) es un contaminante criterio.
Por lo general, los óxidos de nitrógeno, NOx, son la mezcla de NO y NO2. Estos gases
tienen en común que ambos son reactivos, tienen un solo átomo de nitrógeno y son
generados en procesos de combustión (sobre todo a altas temperaturas). A
temperatura ambiente, el nitrógeno (N2) del aire no puede combinarse con el oxígeno
debido a la gran estabilidad del triple enlace de su molécula, pero éste se rompe
cuando hay suficiente energía, lo que se manifiesta por el aumento de la temperatura y
entonces los átomos de nitrógeno ya pueden reaccionar con el oxígeno dando, sobre
todo, NO el cual, en presencia de un exceso de oxígeno se oxida produciendo NO2. En
áreas de mucho tránsito vehicular, como es el caso en las grandes ciudades, las
emisiones de NOx son muy importantes.
El monóxido de nitrógeno, óxido nítrico u óxido de nitrógeno NO es un gas incoloro y
poco soluble en agua. Se le considera un agente tóxico.
El NO2 es un gas tóxico e irritante de color marrón amarillento. Afecta principalmente al
sistema respiratorio. La exposición a corto plazo en altos niveles causa daños en las
células pulmonares mientras que la exposición a más largo plazo en niveles bajos
puede causar cambios irreversibles en el tejido pulmonar similares a un enfisema.
44
Es el precursor de partículas de nitratos (PM2.5) y del ácido nítrico. También contribuye
al calentamiento global.
Los óxidos de nitrógeno, NOx y otros contaminantes formados a partir de ellos también
pueden ser transportados a grandes distancias siguiendo el patrón de vientos
dominantes en la región. Esto significa que como los problemas asociados con NOx no
se limitan a las áreas en donde son emitidos su control es mucho más efectivo si se
considera desde un punto de vista regional.
La mayor importancia de los NOx deriva del hecho de que son precursores del ozono
troposférico.
1.2.4. Ozono (O3).
El ozono es un gas compuesto por tres átomos de oxígeno. El ozono troposférico (el
que está cercano al suelo y que es considerado malo) es un contaminante secundario
que se forma en el aire a partir de complejas reacciones fotoquímicas en las que
participan los óxidos de nitrógeno y los compuestos orgánicos volátiles en presencia de
radiación solar. Junto con una serie muy grande de compuestos forma parte de la
“contaminación fotoquímica” también conocida, indebidamente, como “smog”.
El ozono daña severamente la salud de los seres vivos. Al respirarlo se presenta una
gran variedad de problemas como dolor en el pecho, tos, irritación de garganta y
congestión. Agrava la bronquitis, el enfisema y el asma. Reduce la función pulmonar y
puede dañar de manera permanente el tejido pulmonar. También daña la vegetación y
algunos materiales como el caucho.
El ozono estratosférico, el ozono bueno, ocurre naturalmente en la atmósfera a una
altura entre unos 15 y 50 kilómetros formando una capa que, al reaccionar con la
porción ultravioleta de la radiación solar, protege a la vida en la tierra.
1.3. Partículas.
Las partículas, también conocidas como aerosoles, pueden ser sólidas o líquidas
(gotitas). Su tamaño es muy variable, desde 0.01 hasta unos 100
diámetro mayor a 100
m. Las partículas de
m no pueden mantenerse en suspensión y se depositan
(partículas sedimentables). En todo lo que sigue, nos referiremos únicamente a las
partículas que se mantienen en suspensión de manera más o menos permanente,
alterando así la calidad del aire.
45
Las partículas pueden ser antropogénicas o naturales. Algunas ocurren naturalmente
originándose en volcanes, tormentas de polvo (tolvaneras), incendios forestales o rocío
marino. Las actividades humanas, tales como la quema de combustibles fósiles,
también generan partículas. Considerando todas las emisiones globales, las partículas
antropogénicas constituyen alrededor del 10 porciento de todos los aerosoles en la
atmósfera.
La composición de las partículas depende de su origen. Los polvos transportados por el
viento generalmente están constituidos por óxidos minerales y otros materiales
presentes en la corteza terrestre. La sal marina es el segundo aerosol en importancia
por la cantidad emitida. Consiste sobre todo de cloruro de sodio, de magnesio, sulfatos,
calcio y potasio originados en el rocío marino que también puede contener compuestos
orgánicos. Otro componente que se encuentra con frecuencia en las partículas es el
carbón elemental (hollín) que es emitido directamente en las fuentes de combustión. Es
una de las especies más absorbentes de radiación. En general, todos los aerosoles
absorben y dispersan la radiación solar y la radiación terrestre modificando el balance
energético de la tierra.
Las partículas, también conocidas como PM por sus siglas en inglés, “particulate
matter”, contienen un gran número de componentes, según su origen: ácidos, sulfatos y
nitratos, compuestos orgánicos, metales, suelos y polvo. La composición química de
las partículas es determinante en su grado de peligrosidad pero esto sólo cuando ya
entran al organismo. Es su tamaño el que está ligado directamente a su potencial para
causar problemas de salud. Las partículas de diámetro igual o inferior a 10
m (PM10 )
son las que, por lo general, pasan a través de la nariz y la garganta y llegan hasta los
pulmones. Las PM2.5 tienden a penetrar a las regiones del pulmón donde se efectúa el
intercambio de gases y las partículas muy finas (< 100 nanómetros) pueden pasar a
través de los pulmones afectando otros órganos. Una vez inhaladas, las partículas
pueden afectar el corazón y los pulmones y causar graves problemas de salud. La EPA
ha clasificado estas partículas en dos grupos:
•
partículas gruesas inhalables, cuyo diámetro es menor a 10
m pero mayor a 2.5
m; éstas se encuentran cerca de las carreteras y en industrias polvosas y las
46
•
partículas finas, de diámetro igual o inferior a 2,5
m que pueden emitirse
directamente desde alguna fuente (como incendios forestales) o formarse en la
atmósfera a partir de reacciones entre gases emitidos en plantas termoeléctricas,
industrias o automóviles.
Dependiendo de su tamaño y su densidad, las partículas se clasifican en:
1.3.1. Partículas suspendidas totales o PST. Éstas incluyen las partículas de todos
tamaños que son capaces de mantenerse en suspensión y se muestrean por el método
de altos volúmenes. El muestreador empleado (muestreador de altos volúmenes) por
su diseño, sólo permite el depósito de partículas de diámetro inferior a 100
m en el
filtro.
1.3.2. Partículas con un diámetro máximo de 10
m o PM10. Para muestrear estas
partículas puede emplearse un muestreador de alto o de bajo volumen equipado con
un cabezal adecuado selectivo de tamaño o bien algún impactador. Estas partículas
también pueden ser monitoreadas (de manera realmente continua) con un monitor
TEOM equipado con un dispositivo selectivo (impactador) de entrada.
1.3.3. Partículas con un diámetro máximo de 2.5
m o PM2.5. Estas partículas se
pueden muestrear empleando un dispositivo selectivo de tamaño a bajo o alto volumen
o pueden determinarse con un monitor TEOM equipado con un selector de entrada
(impactador o ciclón).
1.4.
Plomo.
El plomo es un metal que se encuentra tanto en forma natural en el ambiente como en
productos manufacturados. La principal fuente de plomo la constituían las emisiones
vehiculares cuando se empleaba tetraetilo de plomo como agente antidetonante que se
añadía a las gasolinas. Una vez que desapareció esa importante fuente los mayores
niveles de plomo en el aire se encuentran cerca de las fundiciones de plomo, algunos
incineradores de basura y las fábricas de baterías de plomo. También se encuentra en
suelos y aguas contaminadas, así como en algunas pinturas.
El plomo afecta particularmente a los niños pequeños y a los bebés (saturnismo)
quienes no sólo lo toman del sire sino también pueden ingerirlo en forma accidental a
47
través de suelos y pinturas. Cuando se deposita en suelos o está presente en el agua
afecta a los animales y a los vegetales.
2.
Sistemas de monitoreo de la calidad del aire.
Se ha definido un sistema de monitoreo de la calidad del aire como el conjunto
organizado de recursos humanos, técnicos y administrativos empleados para el
monitoreo de la calidad del aire en una región dada. Los componentes funcionales y
operativos básicos recomendados para integrarlo son los siguientes:
2.1. Componentes de un Sistema de Monitoreo de la Calidad del Aire.
2.1.1. Estaciones de monitoreo de la calidad del aire.
2.1.1.1.
Representatividad espacial.
Las estaciones de monitoreo atmosférico tienen una representatividad espacial
característica dentro de la red monitoreo que está íntimamente ligada con los objetivos
del monitoreo. La representatividad es un indicador a través del cual se refleja alguna
característica de una población, las variaciones de un parámetro en un punto de
muestreo o las condiciones de un proceso. La escala de representatividad depende de
la topografía del territorio, de su entorno natural o urbano inmediato, de la meteorología,
las fuentes de contaminación y del tipo de contaminante o parámetro meteorológico que
midan. La tabla 1.2 describe la clasificación por representatividad sugerida por la
Agencia de Protección del Ambiente de los Estados Unidos.
48
Tabla 1.2. Descripción de las escalas espaciales
empleadas para el monitoreo.
Escala
Micro
Media
Vecindari
o
Urbana
Regional
Nacional
Global
Distancia
Característica
~10 a 100 m Áreas tales como, calles centrales que forman cañones estrechos o
corredores con tráfico intenso. Los monitores se encuentran cerca de
fuentes de emisión de bajo nivel. Estos sitios no son tomados en
consideración generalmente para la evaluación del cumplimiento de
normas y estándares. Las mediciones se pueden emplear para el
estudio de emisiones y sus zonas de influencia. Los sitios se
encuentran en edificios habitados o lugares donde el público puede
estar expuesto a las concentraciones medidas.
100 a 500 m Las mediciones de este tipo son apropiadas para la evaluación de
efectos de corto plazo en la salud pública. Las diferencias entre las
mediciones a esta escala se deben a la presencia de áreas
industriales grandes con procesos diversos o cerca de grandes zonas
de construcción. Los muestreos generalmente están orientados a
fuentes y se emplean para determinar la contribución de las fuentes
de emisión en la comunidad.
500 m a 4
Las mediciones de esta categoría representan las condiciones en
km
una subregión urbana razonablemente homogénea con dimensiones
de varios kilómetros. Los datos se pueden emplear para evaluar los
modelos empleados para la evaluación de fuentes.
4 a100 km
Estas mediciones se emplean para caracterizar las concentraciones
de un contaminante en un área completamente metropolitana o rural.
El monitoreo refleja la mezcla de contaminantes de diferentes fuentes
dentro de un complejo urbano. Estas mediciones no están dominadas
por algún vecindario o fuente en particular. Los instrumentos o
equipos de medición generalmente se ubican en puntos elevados
lejos de industrias y avenidas transitadas.
100 a mil km Las mediciones caracterizan las condiciones de un área con
dimensiones de varios cientos de kilómetros. Su empleo requiere una
gran homogeneidad de las concentraciones de los contaminantes en
el área.
> mil km
Son estaciones capaces de describir las concentraciones
contaminantes o características de un territorio común muy amplio.
Son estaciones donde se miden parámetros de interés global como
pueden ser gases de efecto invernadero o los contaminantes tóxicos
y persistentes
Entre más pequeña sea la escala de representatividad, más limitados y específicos son
los objetivos de muestreo. Así, para medir el impacto de una fuente puntual es
necesario utilizar escalas pequeñas mientras que para estimar los impactos sobre la
salud pública es necesario tener estaciones con una escala de representatividad a nivel
municipal o de ciudad. Igualmente ocurre con los contaminantes atmosféricos, el
monóxido de carbono, que es poco reactivo y se dispersa fácilmente puede medirse
49
con niveles muy aceptables de representatividad en estaciones que van de la escala
micro a urbana.
Cuando se requiera detectar altos índices de contaminación que puedan poner en
riesgo a uno o varios grupos sensibles de la población es necesario utilizar estaciones
que tengan una representatividad de escala media o de vecindario. Durante un estudio
o campaña de monitoreo que pretenda evaluar el nivel basal, la contaminación de fondo
de un contaminante o la influencia de fenómenos urbanos extendidos, la escala de
representación debe ser de vecindario a regional.
2.1.1.2.
Movilidad.
2.1.1.2.1.
Estaciones Fijas.
Las estaciones se consideran fijas cuando los instrumentos de medición son colocados
al interior de un inmueble de construcción permanente.
2.1.1.2.2.
Estaciones Móviles.
Las estaciones móviles son casi siempre motorizadas o remolcables y se emplean, por
lo general,
para campañas temporales de muestreo o están vinculadas a trabajos
prospectivos o de investigación. Otra aplicación sería como auxiliares en caso de una
falla en alguna estación fija o se utilizan cuando se presentan casos de emergencia
atmosférica como puede ser la erupción de un volcán o un accidente de una planta
industrial.
Por lo general, las estaciones localizadas en zonas urbanas y suburbanas incluyen la
medición de parámetros de calidad del aire relacionados con la salud pública. Las
estaciones ubicadas en áreas rurales o naturales protegidas están orientadas a la
detección de procesos de deterioro ecológico y paisajístico. Se recomienda que ambos
tipos de estaciones incorporen estaciones meteorológicas a efecto de constituir una
base de datos que se complemente con los parámetros que influyen en la dispersión o
en el estancamiento de los contaminantes. Como alternativa para mantener un buen
Sistema de Monitoreo las redes de monitoreo atmosférico pueden apoyarse con datos
meteorológicos obtenidos en el Sistema Nacional Meteorológico, dependiente de la
Comisión Nacional de Agua (CNA).
50
2.1.1.5 Consideraciones generales para la instalación y operación de estaciones de
monitoreo y equipos de medición
Con el fin de estandarizar algunas actividades relacionadas con la localización y el
mantenimiento de la caseta de monitoreo, las tablas 3.1, 3.2 y 3.3 muestran las
características principales que deben tener las estaciones de monitoreo respecto a su
ubicación, los accesorios o equipo periférico para su operación y las actividades para el
mantenimiento de los instrumentos de medición que suelen ser bastante costosos.
Tabla 3.1 Accesorios o equipo periféricos para la operación de la
estación de monitoreo
Accesorios
Sistema
de
acondicionado
Uso (Aspectos a considerar)
Aire Para mantener a temperatura interna de la estación entre18-20
± 2 °C, se debe tener cuidado con la dirección de la corriente
de aire para evitar que ésta no dé directamente a los equipos
de medición
Ventilador.
Medidas para gases tóxicos en caso necesario, se instalarán
de acuerdo a su necesidad
estante
El estante para la locación de los analizadores, el aire cero, el
calibrador, el equipo de comunicación, computadora, etc.
Toma de muestra.
Es de un material especial para evitar reacciones ver tabla 3.9,
se debe fijar a la pared con herraje metálico
Barómetro.
Permite determinar la presión del cuarto en el momento de
calibrar los medidores utilizando el gas patrón.
Termómetro
Permite verificar la temperatura del cuarto en el momento de
calibrar los medidores utilizando el gas patrón o para verificar
si el acondicionamiento de aire trabaja correctamente.
Escritorio y estante.
Ayuda a que el operador realice algunas actividades
cómodamente (reparaciones, llenado de formatos, preparación
de muestras, etc), además de que puede guardar algunos
consumibles
Regulador
Protege a los instrumentos de descargas eléctricas que
pueden dañar las tarjetas u otros accesorios.
Monitor
de
hidrógeno.
Extintor
gas Medidas contra
necesidad.)
explosión
del
gas
(Instalar
Para extinguir incendios dentro de la caseta
51
según
la
Tabla 3.2 Criterios para el mantenimiento de los instrumentos de medición
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
Reducir al mínimo la variación tanto del voltaje en la fuente de energía como de la
frecuencia
Instalar los instrumentos de medición en forma horizontal para evitar su
inclinación
Reducir la vibración proveniente del exterior de la estación de monitoreo
Reducir al mínimo la obsolescencia por causas climatológicas (a prueba de
intemperie)
Facilitar que el personal a realice con seguridad las labores de mantenimiento y
revisión
Reducir al mínimo la generación de polvo y de gases corrosivos así como de
humedad en la caseta de medición
Evitar que los instrumentos de medición entren en contacto directo con la lluvia.
El balance de cargas eléctricas, esto es, el valor de consumo de energía por fase
debe ser menor a 25 Amperes.
Mantener la temperatura de la caseta entre 12 y 18 °C. Estas condiciones deben
ser las mismas al momento de la calibración.
Conectar los instrumentos a tierra El valor proporcionado por el medidordebe ser
menor a 15 ohms para las tierras eléctricas y de 7 ohms para las tierras
electrónicas.
Verificar los parámetros de operación de los instrumentos al menos cada 15 días.
Mantener limpias las conexiones y la toma de muestra.
Realizar pruebas de fugas de los instrumentos periódicamente.
Las tablas1.1., 1.2 y 1.3 muestran los criterios para las casetas de monitoreo
atmosférico clasificadas por objetivos de monitoreo.
Tabla 1.1. Criterios para colocar estaciones de monitoreo multipropósito.
1
2
3
4
5
Evitar condiciones topográficas y meteorológicas peculiares.
En la orilla de un río se genera la corriente atmosférica descendente. En la cima de un
monte, collado o valle, se producen vientos locales.
Que no haya edificios ni árboles alrededor de la estación.
Seleccionar un sitio donde no se originen amontonamiento de basura por el viento ni
por la corriente turbulenta. Talar o podar los árboles para evitar la absorción de los
gases a medir por las ramas u hojas a fin de que no se reduzcan las concentraciones
de los componentes en la toma de aire.
Seleccionar la zona donde la corriente atmosférica no afecte en gran medida aun en el
caso de un área urbana con edificios altos y medianos.
Que no afecte de manera importante alguna fuente específica de emisión.
Fuente de emisión fija (incinerador, chimenea de caldera, gasolinería, basurero,
estacionamiento, laboratorio químico, cocina, sanitario, establo, torre de enfriamiento,
orificio de succión y emisión, fuente de vibración, volcán, aguas termales, etc.)
Será necesario guardar una determinada distancia desde las calles.
Que sea mínima la dispersión de polvo fino proveniente de calles de gravilla o tierras de
cultivo.
Que no sea afectada por la destrucción o inundación ocasionada por desastres
naturales como un huracán. Que el sitio donde se va a ubicar la estación de monitoreo
cuente con buen drenaje.
Que no sea afectado por actos de vandalismo.
52
Tabla 1.2. Criterios para colocar estaciones de monitoreo orientadas
a fuentes vehiculares
1
2
3
4
Dentro de una zona donde se desarrollen muchas actividades porque puede quedar
considerablemente afectada por los gases de los escapes.
A menos de 10 metros desde la orilla de la calle (a menos de 20m aun cuando sea
difícil conseguir el terreno).
En el caso de calles elevadas se pueden registrar concentraciones bajas justo debajo
de ellas por lo que se deberá dejar una distancia apropiada.
En cuanto a los demás aspectos se harán las mismas consideraciones que en el caso
de las estaciones de monitoreo atmosférico general.
Tabla 1.3.Criterios para colocar estaciones de monitoreo de fondo
1
2
3
4
Tomar en consideración el impacto que se podría causar en el ecosistema del
alrededor.
Que no haya edificios ni árboles muy cercanos a la estación de monitoreo.
(Si se acumula basura por el viento o por corrientes turbulentas los gases a medir son
absorbidos por las hojas y las ramas).
Que no sea afectada de manera importante por fuentes específicas de emisión.
Que no sea afectada por destrucciones o inundaciones ocasionada por los desastres
naturales como huracanes o sismos.
Que el sitio donde se va a ubicar la estación de monitoreo tenga buen drenaje.
2.1.1.9.
Características de construcción y funcionales de las estaciones de
monitoreo
Una estación o caseta de monitoreo es una infraestructura que permite mantener y
operar los equipos de medición. Están hechas con diferentes materiales de
construcción , (concreto, ladrillo o madera) resistentes y aislantes que permiten el
resguardo de los instrumentos. Durante su construcción se deben considerar los
acabados generales como son instalación eléctrica, puertas y piso además de otros que
brinden seguridad a los técnicos. La tabla 3.7 muestra los acabados mínimos para una
estación de monitoreo.
53
Tabla 1.4 Acabados mínimos para las estaciones de monitoreo
Accesorios
Uso (Aspectos a considerar)
Instalación eléctrica
Esta debe ser de tres fases para tener un adecuado balance
de las cargas eléctricas requeridas por los diferentes
instrumentos
(equipos
automáticos,
manuales,
de
comunicación y periféricos.)
Iluminación
La distribución de las lámparas debe permitir al operador ver la
información de las carátulas de los instrumentos y los paneles
de control, así como la parte posterior del rack y las diversas
conexiones. Según el caso, puede ser necesaria una
iluminación a prueba de explosión.
Pararrayos
Instalar cerca de las fuentes de energía y de los medidores
meteorológicos.
Tomas de agua y
drenaje.
Puerta
Escalera
azotea
La puerta debe poder evitar el paso de polvo o de animales
pequeños, Debe contar con chapa de seguridad para evitar
robos o entrada de extraños. Debe tener iluminación en la
parte exterior.
hacia
la Permite el acceso a los equipos instalados en la azotea. Puede
ser de tipo marino siempre y cuando no sea muy alta..
Orificio de inducción Introducir al interior de la estación los cables de señales desde
de los cables de los sensores meteorológicos o cables de fuentes de energía
fuentes de energía y eléctrica comercial instalados en la azotea
cables
meteorológicos
Gato horizontal (solo Ajustar horizontalmente la estación de monitoreo. (Instalar de
para
estaciones acuerdo a la necesidad)
móviles)
Anclas para tensores
Para fijar la torre meteorológica
Barandal
En caso necesario para el acceso a la caseta y cuando se
tengan equipos de monitoreo en la azotea de la estación
Las estaciones deben tener espacio suficiente para que los técnicos realicen de manera
adecuada las actividades de mantenimiento e inspección de los equipos. Se debe
contar con un espacio para colocar los cilindros de gases y un área para el
almacenamiento de manuales, procedimientos y otra documentación. La figura 3.2
muestra un arreglo típico para una estación de monitoreo.
54
Figura 1.1.Arreglo recomendable para una estación de monitoreo.
AREA DE
Toma de Muestra
AREA
ADMINISTRATIVA
Aire
Acondicionado
Control de
AREA DE INSTRUMENTOS
DE MEDICION
El tamaño de la caseta de monitoreo dependerá de la instrumentación, consumibles,
equipo y accesorios para realizar las actividades de operación, mantenimiento e
inspección El área recomendada es de 7 a 15 m2. La tabla 3.8 muestra el tamaño y
peso aproximado de los instrumentos y accesorios que deben considerarse. Los
instrumentos de medición se deben colocar por lo menos a 80 cm de la pared para
poder realizar las diferentes actividades.
2.1.1.7.Técnicas de medición de la calidad del aire.
El monitoreo debe ser capaz de proporcionar una caracterización espacial y temporal
de los contaminantes. El diseño debe considerar la optimación de la cobertura espacial
y temporal dentro de las limitaciones del presupuesto. La cobertura espacial se asegura
con la selección adecuada de los sitios. La caracterización temporal se asegura con la
selección de la técnica y, por lo tanto, del equipo. La mayor parte de las metodologías
55
actuales permite obtener información con una representación temporal adecuada con
equipos automáticos o semiautomáticos.
Es recomendable que se elijan los métodos más simples siempre y cuando cumplan
con los objetivos de monitoreo. La adquisición de equipo complejo o propenso a fallas
puede derivar en un desempeño limitado de la red y en un gasto innecesario de dinero.
Una regla general para la compra de equipo es la de adquirir métodos cuyo desempeño
haya sido demostrado por otros o que sean de aceptación colectiva.
Las
metodologías de monitoreo del aire pueden dividirse en dos tipos principales:
muestreadores activos y analizadores automáticos. Siempre se deberá elegir la técnica
más sencilla que sea capaz de realizar el trabajo. Esto será de gran ayuda cuando
existan restricciones presupuestales. (Eiseman, 1998; U.S. EPA 1997, Martínez y
Romieu, 1997)
Nunca se deben menospreciar los muestreadores solamente porque hay métodos con
tecnologías más refinadas. Muchas actividades pueden realizarse con estos equipos
que tienen un costo relativamente bajo, como estudios de saturación o determinación
de líneas de base. Los analizadores automáticos son caros y no siempre su costo se ve
reflejado en los resultados. Por otra parte, es importante hacer notar que los métodos
en los que se recolectan muestras físicas tienen la ventaja de permitir la especiación
química lo que es de particular importancia en el monitoreo de partículas y en el de
compuestos tóxicos.
En la práctica se recomienda el uso combinado de muestreadores con analizadores
automáticos lo que permite establecer un programa de monitoreo versátil y de bajo
costo (Tabla 1.1).
Tabla 1.5.. Técnicas de medición de la calidad de aire.
56
Método
Muestreadores
pasivos
Ventajas
Desventajas
Bajo costo
Sin aprobación para algunos contaminantes
Sencillos
Proveen información de promedios mensuales o
semanales
Útiles en estudios de saturación o
de línea base
Muestreadores
activos
La EPA ha encontrado que estos métodos
pueden ser los más caros debido a los costos
de preparación de los medios de muestreo, al
transporte y a los análisis de laboratorio.
Relativo bajo costo
Operación sencilla
Buen desempeño
Sólo dan promedios diarios.
Confiables
Requieren trabajo de laboratorio para el
análisis. *
Analizadores
automáticos
Aprobados
Complejos
Excelente desempeño
Se requiere experiencia y entrenamiento para
su operación.
Datos horarios
Altos costos de operación
Información en línea
Sensores
remotos
Proporcionan información a lo
largo de una trayectoria
Muy complejos y costosos
Útiles en la evaluación de fuentes
Mediciones multicomponentes
2.1.1.6.
Tipo de instrumentos.
Las estaciones de monitoreo atmosférico pueden estar equipadas con instrumentos
automáticos, remotos, semi-automáticos y manuales para medir los parámetros de
calidad del aire. Los instrumentos utilizados en la operación rutinaria y para fines de
reporte oficial no pueden ser equipos de carácter experimental o prototipos comerciales
que no hayan sido aprobados o autorizados mediante un procedimiento oficial
documentado por las autoridades mexicanas u organismos internacionales encargados
de la política ambiental. El Centro Nacional de Metrología es la entidad gubernamental
indicada para validar la utilización de instrumentos de medición que se encuentren en
este supuesto. Además de los equipos de medición de la calidad del aire, es usual que
en las estaciones de monitoreo se cuente con instrumentos meteorológicos. Éstos
deberán ser dictaminados desde el punto de vista técnico por el Servicio Meteorológico
57
Nacional, perteneciente a la CNA. En principio, los datos meteorológicos obtenidos en
los sistemas de monitoreo atmosférico deben compartirse o intercambiarse con este
organismo de acuerdo a las atribuciones que le confiere el Reglamento Interno de la
Secretaría de Medio Ambiente y Recursos Naturales en su artículo 59.
2.1.1.6.1. Estaciones manuales.
Normalmente, en estas estaciones se lleva a cabo el muestreo de los contaminantes y
la muestra es trasladada posteriormente a un laboratorio para su análisis. La toma de
muestra es un componente fundamental en el sistema de monitoreo de la estación ya
que
de ella depende la exactitud y la precisión de las mediciones y para que la
medición sea confiable se requiere que la muestra se transfiera inalterada al laboratorio.
Las mediciones realizadas con métodos de integración producen información de un
período total de exposición (p.ej.
24 horas) pero están limitados en la resolución
temporal. El muestreo intermitente se emplea para evaluar patrones diurnos/nocturnos
o patrones con una componente temporal de corto, mediano o largo plazo.
En las primeras estaciones manuales se muestreaban varios contaminantes (bióxido de
azufre, oxidantes y partículas suspendidas totales) ya que la mayor parte de las
técnicas existentes eran relativamente sencillas (y las más baratas). En la actualidad,
los analizadores automáticos de gases constituyen los únicos métodos aceptados y
sólo las partículas (PST y PM10) se miden generalmente por métodos manuales.
2.1.1.6.2. Estaciones automáticas y mixtas.
Como ya se comentó, en la práctica se recomienda el uso combinado de
muestreadores (de partículas) con analizadores automáticos (de gases) por lo que
prácticamente no existen estaciones puramente manuales ni puramente automáticas
predominando las estaciones mixtas.
Cabe resaltar que las estaciones también pueden clasificarse por objetivos, esto es, de
acuerdo con la finalidad del monitoreo que vayan a efectuar. Esta clasificación se
presenta en el Manual III.
2.1.2. Sistemas de transmisión y almacenamiento de datos.
La distribución física de las estaciones de monitoreo requiere de un sistema adecuado
que permita la adquisición y transmisión continua o en tiempo real de la información de
58
calidad del aire. La captura de la información de los analizadores automáticos se puede
realizar de manera directa en la memoria del instrumento o a través de un equipo
externo que solicite al instrumento la información por vía analógica o digital y la
deposite en un medio de almacenamiento (gráficas, disco o cinta magnética, medios
ópticos o memoria flash). Sin embargo, es recomendable que si se dispone de datos
meteorológicos, la información de ambos, sensores y analizadores se concentre en un
mismo sistema de acopio y recolección de datos, esto para facilitar su manejo. La
información almacenada en la estación puede ser solicitada y transmitida de manera
remota desde una computadora central. La transmisión puede realizarse por vía
telefónica u otro protocolo de comunicación (Internet, telnet, etc.). Es importante
mantener un respaldo de la información en el sitio, en medios electrónicos o gráficos,
que permita la recuperación de la información en caso de falla en la transmisión o falla
de la computadora central. Adicionalmenteal equipo de adquisición de datos es
necesario tomar en cuenta la instalación de los periféricos compatibles con el método
de transmisión de datos seleccionado. Los costos de transmisión de datos dependerán
del proveedor local del servicio y tienen que ser tomados en cuenta como parte de la
operación de las estaciones.
2.1.3. Centro de Cómputo
El Centro de Cómputo es el espacio donde se concentra, administra y difunde la
información de la calidad del aire y se registra el estado de operación de las redes/
estaciones de medición. Por su importancia, los Centros de Cómputo deben contar con
sistemas de seguridad y respaldo que garanticen una operación ininterrumpida y
protejan la integridad física de los equipos de almacenamiento de la información. Los
sistemas mínimos de seguridad con que deben contar los Centros de Cómputo son:
ƒ
control y registro de acceso de personal;
ƒ
control y registro de entrada y salida de equipo de computo;
ƒ
control ambiental interno, como puede ser el aire acondicionado, en especial
cuando se trate de equipos de cómputo (servidores de datos) cuyas
especificaciones de fabricante así lo indiquen;
ƒ
planta de respaldo de energía eléctrica;
ƒ
sistema contra incendios y
59
ƒ
unidades automáticas de respaldo.
Las computadoras y equipos periféricos como pantallas, impresoras, lectores ópticos,
teléfonos y bocinas que sean utilizados para recibir datos, almacenarlos, validarlos y
procesarlos para efecto de reporte y constitución de bases de datos, deben estar
adecuadamente señalizados según su función. Igualmente, el espacio para su
ubicación debe ser señalizado y lo suficientemente amplio y ergonómicamente
dispuesto como para que los operarios puedan emplearlos con comodidad sin dificultad
o riesgo de daño a su salud y seguridad.
Los equipos de cómputo deben contar con el soporte técnico del fabricante. Asimismo,
deben de tener programas originales con licencias y garantías expedidas de acuerdo a
la legislación vigente.
2.1.4. Laboratorios analíticos y de transferencia de estándares
Los Sistemas de Medición de la Calidad del Aire generan datos de calidad del aire y de
condiciones meteorológicas a partir de métodos de prueba normalizados (nacionales o
extranjeros) por lo que su operación general es muy similar a la de un laboratorio de
ensayo desde el punto de vista de la Ley Federal de Metrología y Normalización
(LFMN). De esta manera, podrán incluir laboratorios analíticos y de transferencia de
estándares como parte de su infraestructura o bien contar con servicios externos
subcontratados. En ambos casos deberán acreditarse para demostrar su aptitud técnica
en los procedimientos para la determinación del contaminantes criterio y parámetros
meteorológicos ante la instancia de acreditación que cumple con la Ley Federal de
Metrología y Normalización (la Entidad Mexicana de Acreditación, EMA) tomando como
base la NMX-EC-17025-IMNC-2000 (equivalente a la ISO-IS17025:1999) referente a
los “Requisitos Generales para la competencia de los laboratorios de ensayo y de
calibración”.
2.1.5. Oficinas administrativas.
Para el cumplimiento de los objetivos del PNMA el personal técnico y administrativo
debe estar calificado para el desempeño adecuado de sus actividades. Asimismo
deberán estar sujetos a un programa de actualización y capacitación permanente como
60
parte integral del Sistema de Gestión de Calidad. La infraestructura utilizada deberá ser
la adecuada para el desempeño de las actividades del personal, contar equipo de
última tecnología, espacios amplios, ventilados e iluminados, además los instrumentos,
equipos y herramientas deberán ser las adecuadas para el desarrollo de las tareas de
monitoreo, captura, procesamiento y análisis de datos y difusión de los mismo, entre
otras.
La administración y operación de los SMA deben estar domiciliadas dentro de la cuenca
o parcela atmosférica de que se trate evitando con esto que la atención a las estaciones
se vea entorpecida y encarecida por la lejanía.
Es indispensable que el SMA tenga un logotipo oficial que se use en la papelería, las
casetas, las unidades móviles, los uniformes de los operarios o la página de Internet del
sistema. La imagen oficial del sistema debe ser propia y fácilmente reconocible por la
población, los medios de comunicación y los distintos organismos del gobierno.
2.1.6. Taller de mantenimiento y reparación.
Los SIMCA deberán contar con un Taller de Mantenimiento propio o bajo convenio o
contrato directo o de garantía para realizar reparaciones, pruebas de funcionamiento,
labores de limpieza y calibración de equipos fuera de las estaciones de monitoreo.
El equipamiento y las herramientas utilizadas deberán ser suficientes para el desarrollo
de las actividades del personal. Debe tener
características ergonómicas y de fácil
manejo. Las brigadas operativas y de mantenimiento deben contar con vehículos
automotores para su desplazamiento y con sistemas de comunicación remota como
teléfonos celulares, radio localizadores o radios. Todos estos equipos deben
mantenerse en buenas condiciones de operación para la atención rutinaria o de
contingencia de las estaciones de monitoreo.
2.1.7. Almacén de consumibles, partes y refacciones.
Se debe contar con un almacén de consumibles, partes, refacciones y equipos de
reposición de los instrumentos utilizados que permitan la operación ininterrumpida de
las estaciones/redes. La administración adecuada del almacén ayudará a evitar el paro
de las estaciones o de los instrumentos de medición.
3.
Codificación administrativa de las estaciones.
61
Para los propósitos del PNMA se establece una clasificación de las estaciones de
monitoreo que integran las diferentes redes locales. La tabla 1.3 sugiere el tipo de
contaminante a monitorear en función de las diferentes escalas de representatividad y
al tipo de alcance, local o nacional. Las especificaciones de esta tabla incluye
solamente contaminantes normados y que son monitoreados o muestreados por
métodos de medición aprobados por el INE. Las especificaciones de esta tabla no
incluyen las posibilidades de cobertura espacial que tienen los métodos de percepción
remota de monitoreo atmosférico ni los instrumentos ópticos de medición de trayectoria
(LIDAR, DOAS.). Tabla 1.3 Relación entre posibles escalas de representatividad y
parámetros a monitorear1
Estaciones de Cuenca o Locales
Escala
SO2
CO
O3
NO2
Pb
PST
PM10
Estaciones de interés Nacional
PM2.5
SO2
CO
O3
NO2
Pb
PST
PM10
PM2.5
Micro
escala
Media de
vecindario
Media
Municipal
Ciudad
(Urbana)
Regional
Modificado: EPA (1998).
Las estaciones de monitoreo se clasifican conforme al SINAICA. El objetivo de esta
codificación es el de lograr la homogenización de las claves de cada estación
identificando su entorno inmediato y su función de acuerdo a su representatividad
espacial e importancia territorial en la Gestión de la Calidad del Aire del país. El nombre
de la estación está compuesto por nueve caracteres numéricos permanentes y únicos.
En la tabla 1.4 se muestra como ejemplo de clasificación el de la estación Merced
(MER) de la Zona Metropolitana del Valle de México. La estación se localiza en la
delegación Venustiano Carranza en el Distrito Federal.
62
Tabla 1.4. Clave SINAICA para el nombre de la estación Merced de la Zona
Metropolitana del Valle de México.
Clave de la Entidad*
09
(2 dígitos)
Clave del Municipio o
Delegación*
016
(3 dígitos)
Tipo de Estación
07
(2 dígitos)
No. Estación
01
(2 dígitos)
* Las claves son a las que hace referencia el Instituto Nacional de Estadística,
Geografía e Informática (INEGI)
La primera columna corresponde a la denominación administrativa o entidad federal
establecidas por el Instituto Nacional de Estadística, Geografía e Informática (INEGI).
La segunda columna se refiere a a la clave del municipio o delegación de la entidad
federal. La tercera al tipo de red de monitoreo y la cuarta columna al número de la
estación. Las Unidades Móviles destinadas al monitoreo de la calidad del aire son
consideradas como estaciones de monitoreo atmosférico por lo que se clasifican de
igual forma. Las claves para denominar a la entidad federal, al municipio y/o delegación
se muestran en el anexo A.
Para las Unidades Móviles en la segunda columna se escribirá “000” ya que no están
asignadas a un municipio o delegación específica.
La “tipo de estación” se refiere a su equipamiento:
01:Instrumentos de operación automática para gases y partículas (AUT)
02: Equipo de operación manual de partículas (MAN)
03: Sensores meteorológicos (MET)
04: AUT y MAN
05: AUT y MET
06: MAN y MET
07: AUT, MAN y MET
El número de estación se establecerá de acuerdo a la cantidad de estaciones de
monitoreo localizadas en un municipio o delegación. Dará inicio con el 01 hasta el 89 y
para las unidades móviles se destinarán los números del 90 al 99.
Para clasificar a las estaciones de monitoreo de acuerdo a su importancia territorial y
tipo de entorno se considerará el objetivo del monitoreo y las características del entorno
63
de cada una de las estaciones. La clasificación está compuesta por tres letras que se
añaden en columnas separadas al nombre de la estación. La primera corresponde al
nivel de representatividad de la estación y la segunda al entorno que tiene (Tabla 1.5).
Clave SINAICA de la estación Merced de la Zona Metropolitana del Valle de México
de acuerdo a su importancia territorial
Nombre de la estación
090160701
Nivel de representatividad
N
Clasificación del entorno
MH
La clasificación para designar las áreas geográficas que empleará el Programa
Nacional de Monitoreo Atmosférico será la misma que se está instrumentando
actualmente en el SINAICA. Las áreas y su clave se indican en la Tabla 1.6.
Tabla 1.6 Denominación de Áreas Geográficas
Área Geográfica
Zona Metropolitana del Valle de México
Zona Metropolitana de la Ciudad de Guadalajara
Zona Metropolitana de Monterrey
Zona Metropolitana de la Ciudad de Toluca
Zona Metropolitana de la Ciudad de Puebla
Conurbación del Bajío Guanajuatense León-Salamanca-IrapuatoCelaya
Ciudad Juárez
Ciudades de la Frontera Baja Californiana Tijuana-Rosarito-TecateMexicali
Conurbación de la Comarca Lagunera
Torreón-Gómez Palacio
Ciudad de Zacatecas
Ciudad de Aguascalientes
Conurbación del Valle de Cuernavaca
Conurbación de la Ciudad de Villahermosa
64
Clave
ZMVM
ZMGD
ZMTY
ZMCT
ZMCP
ZCBG
ZFCJ
ZFTM
ZCCL
CZAC
CAGS
CDVC
CCVH
La representatividad de cada estación dependerá del objetivo del monitoreo y las
características del entorno. La tabla 1.7 muestra la clasificación de las estaciones por
su representatividad. Los operadores de los SMA deberán definir cuales son las
estaciones representativas de la cuenca, locales o parcela atmosférica. Para ello,
deberán basarse en el diseño original del sistema de monitoreo atmosférico y tomar en
consideración los criterios y especificaciones técnicas incluidas en estos documentos.
En el caso de las estaciones de interés nacional, la Secretaría de Medio Ambiente y
Recursos Naturales, a través del Instituto Nacional de Ecología, definirá cuales son las
estaciones seleccionadas de acuerdo con los siguientes criterios:
•
Que sean estaciones representativas de una cuenca o parcela atmosférica donde
habiten más de 200 mil habitantes
•
Que sean estaciones con una escala urbana o regional
•
Que sean estaciones ubicadas en una zona fronteriza, terrestre o marítima donde
hayan núcleos de población importantes o especies de flora u fauna silvestre en
peligro de extinción.
•
Que sean estaciones ubicadas en áreas estratégicas para el desarrollo nacional, de
acuerdo con el Plan Nacional de Desarrollo, ya sea por su relevancia productiva, su
valor cultural o su valor paisajístico.
•
Que su representatividad esté científica y técnicamente documentada
•
Que evalúen la totalidad de los contaminantes normados por la Secretaría de Salud
para protección de la salud de la población
•
Que midan parámetros meteorológicos: dirección y velocidad de viento y los
gradientes de temperatura
•
Que operen de forma ininterrumpida, sin exceder una pérdida total de datos del 25%
durante año
•
Que cumplan con un programa de aseguramiento y control de calidad en las
actividades de operación, mantenimiento y calibración de los instrumentos,
adquisición de datos, manejo de información.
65
Para asegurar la operación de las estaciones de monitoreo de interés nacional. El
Instituto Nacional de Ecología establecerá convenios específicos de apoyo. Asimismo,
coadyuvará con las autoridades locales a conseguir los recursos económicos, ubicar
esquemas de financiamiento, a formar recursos humanos y técnicos para su operación
y adecuado mantenimiento.
Cuando alguna estación de interés nacional deba ser reubicada por causas de fuerza
mayor, la reubicación deberá realizarse sin afectar su representatividad y para ello la
administración del SMA a la que pertenezca deberá realizar un estudio de
caracterización comparativa entre el nuevo sitio de muestreo y el actual, el cual tendrá
que ser evaluado y autorizado por la autoridad ambiental federal correspondiente.
Tabla 1.7 Clasificación de Estaciones por Representatividad de acuerdo al INE.
Nivel de Representatividad o
Importancia Territorial
Nacional
Clave
Características
N
Estaciones de monitoreo atmosférico
seleccionadas para representar al país a nivel
estadístico, deben de operar de manera
ininterrumpida, midiendo la totalidad de los
contaminantes criterio y los parámetros
meteorológicos.
Estaciones de monitoreo atmosférico cuya
representatividad territorial esta determinada
por los límites geo-espaciales de una cuenca
atmosférica. Incluye a uno o más municipios
del mismo estado o de estados diferentes y
pueden monitorear a uno o más de los
contaminantes criterio.
Son sistemas o estaciones que representan
sólo condiciones locales o micro-espaciales
de calidad del aire, en una parcela
atmosférica determinada, y pueden
monitorear uno o más de los contaminantes
criterio primarios.
Cuenca Atmosférica
C1
Local
L
66
Para la evaluación del entorno la nomenclatura empleada se toma de los Planes de
Desarrollo Urbano municipales que corresponden a la Secretaría de Desarrollo Social
(SEDESOL). Este es un indicador de importancia territorial y los datos permiten realizar
planes de gestión local, para mitigar el impacto de la contaminación en estas zonas
(Tabla 1.8).
Tabla 1.8 Clasificación por Entorno
Tipo de estación
Urbana
Industrial
Habitacional (1)
Servicios
Mixto Habitacional
Rural
Área Natural Protegida
Ecosistema natural
Ecosistema productivo inducido
(agrícola, ganadero, forestal,
turístico, etc.)
1
Clave
Características
UI
UH
US
UMH
Se ubica dentro de los límites de
un área urbana y sus alrededores
presentan un uso predominante
de suelo
RA
RN (2)
RP
Se ubica en espacios no
urbanizados cuyo uso de suelo
puede variar desde productivo
hasta de conservación
Cuenca atmosférica. Espacio geográfico donde una masa estratificada de aire puede
circular libre, superficialmente y con un patrón particular de vientos. La cuenca se
delimita topográficamente y tomando como referencia obstáculos de origen natura
(líneas costeras formaciones montañosas, etc.).
(1) Los usos habitacionales mixtos deberán de tener un porcentaje menor al 25% de
usos industriales, de servicio y de infraestructura.
(2) La clave RN deberá asignarse a ecosistemas naturales NO productivos y en buen
estado de conservación, como podrían ser los ecosistemas marinos, costeros,
desérticos, de alta montaña, entre otros.
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http://www.epa.gov/oar/oaqps/modeling.html#aqmg
http://www.epa.gov/asmdnerl/models3/index.html
70
Manual 3
Redes de medición de la calidad del aire
71
Contenido
INTRODUCCIÓN ................................................................................................75
1. REDES DE MEDICIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE. ................................... 76
1.1. REDES MANUALES. .................................................................................... 77
1.1.1. Elementos de las redes manuales.................................................... 77
1.1.1.1. Estaciones de muestreo de contaminantes específicos. ............... 77
1.1.1.2. Manejo de muestras. ..................................................................... 78
1.1.1.3. Programa de muestreo. ................................................................. 78
1.2. REDES AUTOMÁTICAS. ............................................................................... 79
1.2.1. Objetivos del monitoreo continuo...................................................... 79
1.2.2. Elementos de las redes automáticas. ............................................... 80
1.2.2.1. Estaciones. .................................................................................... 80
1.2.2.2. Comunicaciones. ........................................................................... 81
1.3. TIPOS DE REDES. ...................................................................................... 81
1.3.1. Red de monitoreo de la calidad del aire ambiente general............... 81
1.3.2. Red de monitoreo de fuentes específicas......................................... 82
1.3.2.1. Red de monitoreo de fuentes fijas. ................................................ 82
1.3.2.2. Red de monitoreo de emisiones vehículares. ................................ 82
1.3.2.3. Red de monitoreo de contaminantes específicos. ......................... 82
2. PRINCIPIOS DE DISEÑO DE REDES. ..........................................................83
2.1. OBJETIVOS DE MONITOREO EN UNA RED. LOCALIZACIÓN DE ESTACIONES. ...... 83
2.1.1. Cumplimiento con normas de la calidad del aire. ............................. 83
2.1.2. Exposición de población. .................................................................. 84
2.1.3. Impacto de fuentes específicas. ....................................................... 84
2.1.4. Niveles de fondo. .............................................................................. 84
2.1.5. Emisiones vehiculares. ..................................................................... 85
2.2. ESCALAS DE MONITOREO. RELACIÓN ENTRE OBJETIVOS Y ESCALAS............... 85
2.2.1. Micro................................................................................................. 85
2.2.2. Media................................................................................................ 85
2.2.3. Local. ................................................................................................ 86
2.2.4. Urbana.............................................................................................. 86
72
2.2.5. Regional. .......................................................................................... 87
2.2.6. Nacional / Global. ............................................................................. 87
2.3. RECOPILACIÓN Y ORDENAMIENTO DE LA INFORMACIÓN BÁSICA. ..................... 87
2.3.1. Exposición de la población y epidemiología. .................................... 87
2.3.2. Programas de monitoreo existentes. ................................................ 87
2.3.3. Inventarios de emisiones. ................................................................. 88
2.3.4. Actividades en la zona...................................................................... 88
2.3.5. Información meteorológica. .............................................................. 89
2.3.6. Información topográfica. ................................................................... 89
3. ESTABLECIMIENTO DE LA ZONA OBJETO. ..............................................90
3.1. ESTIMACIÓN DE LA CALIDAD DEL AIRE EN LA ZONA OBJETO. ........................... 90
3.1.1. Estimación por medición simplificada. .............................................. 90
3.1.2. Estimación por simulación. ............................................................... 91
3.1.3. Muestreo a juicio............................................................................... 92
3.1.3.1. Muestreo aleatorio simple.............................................................. 93
3.1.3.2. Muestreo sistemático..................................................................... 93
3.1.3.3. Muestreo estratificado. .................................................................. 94
3.1.4. Traslape de información. .................................................................. 94
4. ESQUEMA DE LA UBICACIÓN DE LAS ESTACIONES DE MONITOREO. 95
4.1. ANÁLISIS DE LA UBICACIÓN DE ESTACIONES DE MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AIRE
AMBIENTE GENERAL............................................................................................ 95
4.2. ANÁLISIS DE LA UBICACIÓN DE ESTACIONES DE MONITOREO POR MEDIO DE LOS
RESULTADOS DE SIMULACIÓN. ............................................................................. 95
4.2.1. Evaluación de concentraciones en el área objeto por medio de cálculos y
división de la zona. ....................................................................................... 95
4.2.2. Subdivisión y corrección de las áreas divididas................................ 96
4.2.2.1. Área en forma de dona. ................................................................. 96
4.2.2.2. Área en forma de faja. ................................................................... 96
4.3. AJUSTE DE LA UBICACIÓN DE ESTACIONES DE MONITOREO. ........................... 98
4.4. ANÁLISIS DE LA UBICACIÓN DE ESTACIONES DE MONITOREO MEDIANTE LOS DATOS DE
LAS ESTACIONES DE MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AIRE AMBIENTE GENERAL. ....... 99
73
4.5. ANÁLISIS INTEGRAL DE LA UBICACIÓN DE ESTACIONES DE MONITOREO DEL AIRE
AMBIENTE. ....................................................................................................... 100
4.5.1. Ubicación de estaciones de monitoreo de la calidad del aire ambiente
general........................................................................................................ 100
4.5.1.1. Ubicación de estaciones de monitoreo representativas de SO2 y NO2.
100
4.5.1.2. Estaciones de monitoreo de O3. .................................................. 101
4.5.1.3. Estaciones de monitoreo de partículas y de HC (COVs). ............ 101
4.5.2. Análisis de la ubicación de estaciones de monitoreo de niveles de fondo.
101
4.6. ANÁLISIS DE LA UBICACIÓN DE ESTACIONES DE MONITOREO DE FUENTES ESPECÍFICAS.
102
4.6.1. Ubicación de estaciones de monitoreo de fuentes fijas específicas de SO2 y
NO2.
102
4.6.2. Ubicación de estaciones de monitoreo de emisiones de fuentes móviles.
102
4.7. DISTRIBUCIÓN DE LOS CONTAMINANTES EN TIEMPO Y ESPACIO. ................... 103
5. REFERENCIAS. ...........................................................................................103
74
Introducción
Las redes de monitoreo atmosférico son herramientas básicas en la planeación y
gestión ambiental de ciudades o regiones donde existan problemas de contaminación
del aire. El aire, que antes se consideraba como un recurso gratuito e ilimitado, ahora
es un bien escaso para muchos sectores de la población. De hecho, mantener la
atmósfera libre de contaminantes implica grandes recursos humanos, tecnológicos y
económicos por lo que la medición de la calidad del aire no es sólo el primer paso que
se debe tomar para enfrentar un problema de contaminación atmosférica sino que es la
herramienta indispensable de seguimiento y evaluación de un programa de control de la
contaminación.
El deterioro de la calidad del aire en nuestro país ha quedado documentado desde hace
más de medio siglo a través de diversos estudios de investigación, de campañas de
medición y de la operación temporal y permanente de estaciones y redes de monitoreo.
Fue hasta mediados de los años ochenta cuando se logró operar de manera continua y
automática la primera red de monitoreo de la calidad del aire en nuestro país en la Zona
Metropolitana de la Ciudad de México. Después de ésta, algunas ciudades lograron
instalar redes o estaciones que miden la contaminación atmosférica en forma continua,
creando un registro histórico consistente para una buena parte de las áreas urbanas e
industriales del territorio nacional.
Ante la ausencia de un marco normativo nacional las redes que actualmente operan en
México fueron diseñadas e instaladas con muy diversos criterios de ingeniería y
aplicando, en la mayor parte, regulaciones y tecnologías de países desarrollados con
los cuales nuestro país sostiene convenios bilaterales de intercambio científico y
tecnológico.
En general, las condiciones actuales de operación de las redes de monitoreo
atmosférico de México presentan fuertes limitaciones en cuanto a la disponibilidad de
recursos financieros, humanos y materiales. Por ejemplo, en el diseño original de la
Red de Monitoreo de la Zona Metropolitana de Monterrey se incluían diez estaciones
pero por falta de recursos económicos se limitó la instalación a sólo cinco.
75
El diseño de nuevas redes de medición de la calidad del aire en nuestro país, así como
el rediseño de las redes actuales y sus futuras expansiones, tanto instrumentales como
territoriales, pueden mejorar sustancialmente si se homogenizan los criterios a nivel
nacional para facilitar el intercambio de experiencias administrativas y de gestión, el
apoyo mutuo en mantenimiento, reparación y calibración, además de permitir el
fortalecimiento y futuro crecimiento del SINAICA.
Este documento fue elaborado para fijar criterios y procedimientos generales que
faciliten el diseño y la instalación de redes de monitoreo atmosférico haciendo especial
énfasis en las redes de medición de calidad del aire. Está dirigido a responsables de
la Gestión de la Calidad del Aire a nivel federal, estatal y municipal, así como a
operadores de redes de monitoreo y consultores en el campo de la medición de la
calidad del aire. 2
Algunos objetivos del documento son los siguientes:
•
Establecer los criterios básicos de diseño de las redes de monitoreo atmosférico;
•
Definir las especificaciones técnicas que deben cumplir los sitios y estaciones de
medición.
•
Resumir los conocimientos que se tienen sobre contaminantes específicos;
•
A través del monitoreo, determinar los riesgos por contaminantes específicos en
sitios selectos;
•
Caracterizar el patrón espacial de los contaminantes considerados;
•
Comunicar los riesgos a las comunidades afectadas;
•
Desarrollar estrategias de reducción de emisiones.
Redes de medición de la calidad del aire.
Una Red de medición de la calidad del aire es el conjunto de estaciones de muestreo
manual y/o de monitoreo automático o semiautomático de contaminantes (ambos de
partículas y contaminantes gaseosos).
[General] Este manual se basa sobre todo en el modelado para desarrollar una red basada en
concentraciones. Para diseñar una red existen diferentes objetivos de monitoreo y limitaciones en el
muestreo que son, por lo menos, igualmente importantes en el diseño. Además, siempre que esto sea
posible, los modelos deben validarse con datos empíricos. Comentario 1 de EPA.
2
76
El manual adopta el término de Redes de medición de la calidad del aire de tal manera
que englobe tanto a las redes manuales de muestreo como a las redes automáticas de
monitoreo.
Redes manuales.
Una red manual es el conjunto de dos o más estaciones manuales para el muestreo de
contaminantes.
En un principio la medición de la calidad del aire se realizaba mediante métodos no
continuos (primero había que tomar la muestra y después medir la concentración del
contaminante mediante estos métodos en laboratorio). Actualmente las redes manuales
son utilizadas principalmente para el muestreo de partículas suspendidas (totales y
menores a 10 micrómetros) que, mediante un manejo adecuado de la muestra, permite
determinar su concentración. Por otra parte las partículas colectadas en la muestra
pueden ser sometidas a distintos tratamientos en el laboratorio para determinar su
contenido de algunos elementos y compuestos.
Elementos de las redes manuales.
Los elementos de una red manual dependerán en gran parte de los objetivos del
monitoreo de la calidad del aire. Como ya se ha mencionado, actualmente las redes
manuales se utilizan para determinar la concentración de partículas suspendidas totales
y menores a 10 micrómetros.
Los muestreos de contaminantes gaseosos, ya sean pasivos o activos, aún no se
descartan y su uso dependerá de los recursos económicos, técnicos e instrumentales
con los que se cuente.
Es importante tener en cuenta que los costos de los equipos manuales son
significativamente más bajos y requieren de poca infraestructura para su instalación; sin
embargo, éstos demandan la disposición de laboratorios y de personal especializados
para la preparación, acondicionamiento y determinación de las muestras, que a la larga
resultan más costosos.
Estaciones de muestreo de contaminantes específicos.
Algunas industrias emiten contaminantes específicos. Por ejemplo, en las refinerías de
plata se pueden emitir vapores de mercurio, en la industria del aluminio puede haber
77
flúor y en las fábricas de papel se emiten mercaptanos. En este tipo de plantas se
requerirá monitorear algunos contaminantes específicos además de los ordinarios.
Manejo de muestras.
Una actividad crítica para la fase de colección de datos es el proceso de la
manipulación de la muestra en campo, su transporte, almacenamiento y análisis. Es
recomendable llevar a cabo la documentación de la custodia de la misma (EPA).
Se debe tener cuidado de marcar correctamente las muestras y el dispositivo de
muestreo para su óptima identificación a través de los procesos de prueba y análisis
(EPA).
Las muestras se deben manipular apropiadamente para evitar que se contamine con
otro componente y su análisis dé como resultado el muestreo real (EPA).
Para la transportación de la muestra es importante tomar las precauciones para eliminar
las posibilidades de fuertes cambios, destrucción accidental y/o que se efectúe alguna
reacción química o cambio físico de la muestra (EPA).
La persona encargada de la custodia de la muestra, gráficas u otros datos, debe
testificar que no ocurrieron situaciones que pudieran alterar los datos. Después de ser
entregadas al laboratorio, las muestras deben ser almacenadas en un lugar seguro
(EPA).
Programa de muestreo.
En términos generales, se han considerado tres períodos de muestreo que se
seleccionan de acuerdo a las aplicaciones definidas para la información:
•
corto (1 hora),
•
medio (1 día)
•
largo (> 1 mes).
El período de muestreo es particularmente importante si los resultados se van a
comparar con normas o criterios de la calidad del aire. Los instrumentos de monitoreo
continuo proporcionan datos para todas las escalas de tiempo.
Para una adecuada operación de una red manual se debe elaborar un programa de
muestreo de acuerdo a los objetivos del monitoreo. El programa debe incluir todas las
78
etapas del muestreo: acondicionamiento y pesada del medio filtrante, instalación del
equipo de muestreo y del medio filtrante, periodo de muestreo, recolección, transporte,
acondicionamiento y pesada del filtro con partículas, cálculo de la concentración de
partículas, almacenamiento y, si procede, análisis de la muestra.
Para el muestreo de PST y PM10 la Norma Mexicana NOM-035-SEMARNAT-1993
establece un periodo de muestreo de 24 ± 1 horas cada 6 días.
Redes automáticas.
Una red automática es el conjunto de dos o más estaciones automáticas para el
monitoreo de contaminantes atmosféricos.
A mediados de los años setenta se introdujeron instrumentos automáticos de medición
de contaminantes atmosféricos con los cuales se hizo posible el monitoreo continuo y
en tiempo real. Estos instrumentos utilizan métodos de medición que aprovechan las
propiedades físicas, fisicoquímicas y químicas de los contaminantes atmosféricos.
Objetivos del monitoreo continuo.
Algunos de los propósitos del monitoreo continuo son:
•
Conocer el cumplimiento de las normas de calidad del aire;
•
Detectar
concentraciones
pico
que
puedan
deberse
a
condiciones
meteorológicas anormales con objeto de aplicar medidas de emergencia;
•
Verificar los efectos de las medidas de control de la contaminación atmosférica y
•
Promover el mejoramiento de la calidad del aire.
Para prevenir el deterioro ambiental ocasionado por las actividades humanas es
necesario conocer el estado de la calidad del aire. Por ejemplo, para evaluar los
impactos ambientales de un desarrollo de gran envergadura será imprescindible el
monitoreo continuo de la calidad del aire antes de la ejecución de la obra y de sus
impactos después de que se haya ejecutado.
Las estaciones deben ubicarse de manera que se cumplan los propósitos antes
mencionados. Debido a limitaciones tanto presupuestales como de tiempo, es imposible
colocar un número muy grande de estaciones en una zona determinada. Por
consiguiente es necesario estimar la distribución de concentraciones en toda la zona
79
empleando una cantidad limitada de muestras recolectadas por algunas estaciones o
bien por medio de una simulación aunque siempre será necesario especificar la
representatividad de cada estación.
Al diseñar la red se considerarán las características de cada contaminante (SO2, NO2,
etc.) para analizar la ubicación adecuada para cada uno. Después se pueden modificar
estas ubicaciones diseñadas para contaminantes individuales cuando se vaya a instalar
una estación multicomponente.
Elementos de las redes automáticas.
Los analizadores automáticos, como ya se dijo, utilizan las propiedades físicas,
fisicoquímicas y químicas de los contaminantes para detectarlos y medir su
concentración en forma continua. Estos instrumentos cuentan con considerables
ventajas sobre los muestreadores en lo que respecta a su rápida respuesta,
prácticamente instantánea, sobre todo en situaciones en las que se requiere medir
concentraciones durante episodios o alarmas ambientales. Sin embargo, estas ventajas
se obtienen a expensas de un incremento en los costos de capital, operación y soporte,
como el requerimiento de sistemas para la adquisición de datos y computadoras para
su subsecuente procesamiento y análisis, sistemas más sofisticados de mantenimiento
y calibración. Se encuentran disponibles en el mercado gran cantidad de analizadores
continuos aprobados y validados para la mayor parte de los contaminantes
atmosféricos (CEPIS/OPS).
La selección de los analizadores dependerá en gran medida de los objetivos de
monitoreo y de calidad de los datos que se establezcan.
Estaciones.
En estas estaciones se monitorea la contaminación del aire de manera continua. Los
resultados obtenidos son utilizados para evaluar el cumplimiento de las normas de
calidad del aire; para aplicar medidas de emergencia; para establecer criterios de
control; para evaluar la efectividad del control y para prevenir impactos en la salud.
En este tipo de estaciones se monitorearán los contaminantes criterio, COVs y PM25.
Además se monitorearán los parámetros meteorológicos (dirección y velocidad del
viento, temperatura, humedad, presión barométrica, radiación solar y radiación neta).
80
Como estos componentes tienen características propias, éstas deberán considerarse
por separado para ubicar las estaciones.
En el Manual 2 Sistemas de Monitoreo de la Calidad del Aire, se describen con mayor
detalle los tipos de estaciones automáticas.
Comunicaciones.
Dependiendo de los objetivos del monitoreo la transmisión de la información se puede
considerar en tiempo real como componente esencial para la toma de decisiones y la
aplicación de medidas de control y de prevención.
Tipos de redes.
Red de monitoreo de la calidad del aire ambiente general.
Estas redes se instalan con la finalidad de conocer el grado de exposición de los
habitantes locales a los contaminantes atmosféricos para lo que se selecciona una zona
poblada que se divide en áreas más pequeñas por categoría de población o por
concentración. Las estaciones se ubican de manera que sean representativas de las
áreas. Cada estación debe enlazada en línea con el centro de monitoreo o de control
para enviarle los datos periódicamente de manera automática. El centro de monitoreo
analiza los datos enviados, incluyendo las banderas, y manda al personal de
mantenimiento, si es necesario, a la estación que tenga algún problema. El centro, a su
vez, revisa los datos crudos que vienen de las estaciones y coloca banderas en caso de
necesidad para después publicarlos. Las estaciones de niveles de fondo también se
pueden incluir en este tipo de red y los datos se manejan de la misma manera que los
de las estaciones de monitoreo de calidad del aire ambiente general. 3
3
Comentario 4 de la EPA.[Sección 4, Esquema de la ubicación de estaciones de monitoreo] Parece que
esta sección está demasiado orientada a las fuentes (se muestra la población pero no de manera
importante en la figura Está sección debe extenderse tanto en lo que se refiere al uso que se debe dar a
a la población y a la densidad de población para localizar los sitios de monitoreo. El bienestar de la
población es una consideración importante de por sí y este tipo de monitoreo también puede identificar
impactos de otras fuentes que de otra manera no se identificarían. (Ver también el comentario 1 del
Manual 2
81
Red de monitoreo de fuentes específicas.
Red de monitoreo de fuentes fijas.
Esta red se incluye en la misma red de monitoreo de calidad del aire ambiente general y
al igual que ésta envía los datos de medición al centro de monitoreo o de control de
manera periódica y automática. El centro de monitoreo, a su vez, emite un llamado de
advertencia a la ciudadanía cuando haya peligro de que los datos recibidos rebasen las
normas de calidad del aire y anuncia una alarma en caso de que se tema una
contaminación grave.
Red de monitoreo de emisiones vehículares.
Con el fin de conocer las concentraciones producidas por las emisiones vehiculares
este tipo de estaciones se establecen a un lado de las vías, fuera de los carriles y atrás
de la banqueta. Como las concentraciones que se miden varían dependiendo de cada
tramo de las diferentes clases de vías los tramos se clasifican según sus características
para colocar una estación en el tramo más adecuado entre aquellos que pertenecen a
una misma categoría. Se considerará que las concentraciones medidas en ese tramo
son las representativas de los tramos que entran en dicha categoría. Esto evita que se
instale un gran número de estaciones de monitoreo de emisiones vehiculares haciendo
posible obtener las concentraciones a lo largo de las vías en la zona con sólo un
número limitado de estaciones de monitoreo. Para diseñar la red estas estaciones
pueden quedar incluidas en la red de monitoreo de calidad del aire ambiente general,
siempre y cuando haya cupo. De no ser posible, se puede disponer de otro servidor
para establecer una red por separado. El manejo de los datos enviados por la estación
se debe hacer de igual manera que en el caso de las estaciones de monitoreo de la
calidad del aire ambiente general.
Red de monitoreo de contaminantes específicos.
Este tipo de redes cuenta con estaciones que son utilizadas para fines específicos.
Requieren una red en línea por separado diferente de la de estaciones de monitoreo de
la calidad del aire ambiente general. Su función es la misma que la de la red de
monitoreo de fuentes fijas específicas.
82
Principios de diseño de redes.
El diseño de una red de medición depende de varios factores básicos; entre ellos están,
los objetivos del monitoreo, la escala a la cual se pretende realizar, además de otra
información que es útil para la selección del número y tipo de estaciones.
Objetivos de monitoreo en una red. Localización de estaciones.
Antes de considerar el establecimiento o expansión de un programa de monitoreo
atmosférico de cualquier tipo, duración y cobertura, es aconsejable y casi
indispensable, examinar con detenimiento las posibilidades reales de la organización
para obtener la información apropiada para los propósitos que se definan con el mínimo
costo.
Aunque en un momento dado se pretenda diseñar un sistema que pudiera servir para
una multitud de diferentes objetivos y sus ineludibles necesidades de información, en la
práctica sucede que solo una cierta combinación de objetivos es realizable con un cierto
tipo de Red.
Generalmente, los objetivos que se contemplan para el desarrollo de un programa de
monitoreo y la implementación de una red, se enlistan a continuación y se describen
dentro del texto.
Cumplimiento con normas de la calidad del aire.
En términos de las normas de calidad del aire y su cumplimiento, la información en
calidad y en cantidad adecuada, obtenida observando estrictamente los procedimientos
operativos, será de gran utilidad para desarrollar las capacidades que permitan
pronosticar las condiciones de calidad del aire con 24 horas de antelación.
La comparación de la información de calidad del aire representativa de lapsos
predefinidos de tiempo, conjuntamente con los datos meteorológicos y climáticos de
una zona en particular, permitirá evaluar con certeza la efectividad de las medidas y
acciones aplicadas.
De los resultados de la evaluación de las medidas dependerá que se conserven activas
las mismas, que sean reforzadas o que se tenga la necesidad de diseñar y aplicar
medidas de control más estrictas.
83
Exposición de población.
Los efectos de la contaminación del aire sobre las poblaciones en zonas urbanas, se
consideran generalmente desde dos perspectivas: efectos agudos, que se manifiestan
normalmente como cambios en términos cuantitativos de los índices de salud que son
reportados día con día por el sector correspondiente. Los efectos crónicos son aquellos
que se manifiestan gradualmente, por la exposición constante, por periodos
generalmente cortos.
Para establecer una relación de causa efecto en el primer caso, es sustancial contar
con datos resultantes de las mediciones de los contaminantes por períodos que se
consideren adecuados, regularmente de 24 horas, pero para estudios de exposición a
concentraciones altas durante horas pico a través del ciclo diurno, será necesario tomar
muestras por intervalos más cortos.
Por lo que toca a los efectos crónicos, los valores del contaminante en promedios
anuales pueden ser suficientes para establecer la relación causa efecto, pero la
información sobre las variaciones climáticas y meteorológicas características de los
ciclos estacionales y los valores pico obtenidos por las mediciones sobre períodos de
24 horas, serían de gran utilidad para integrar una base de datos con una confiabilidad
adecuada.
Impacto de fuentes específicas.
Para conocer el impacto de fuentes que, ya sea por su tamaño o por alguna
característica especial, como la toxicidad, pueden ser de importancia las estaciones
deben colocarse de manera que la concentración ambiental resultante monitoreada sea
representativa de las emisiones de estas fuentes. La localización de las estaciones
puede determinarse con el auxilio de un modelo de dispersión adecuado para el tipo de
contaminante de interés.
Niveles de fondo.
Se denomina concentración, o nivel, de fondo a la concentración ambiente debida al
aporte de otras fuentes distintas a las analizadas. Puede ser fruto del aporte de fuentes
naturales, otras fuentes que contribuyan a la contaminación ambiental en la zona de
estudio, identificadas o no. Para determinar estos niveles los monitores deben
colocarse fuera de la zona de influencia de las emisiones del área, por lo menos a 50
84
km viento abajo y 10 km viento arriba de fuentes como ciudades de más de 100,000
habitantes, rellenos sanitarios y tiraderos de basura de estas ciudades, fuentes de
combustión industriales (hornos de cemento, fundidoras, plantas termoeléctricas) y
pastizales; por lo menos a 10 km viento abajo y 4 km viento arriba de fuentes como
ciudades de más de 15,000 habitantes pero menos de 100,000 habitantes, rellenos
sanitarios y tiraderos de basura de estas ciudades y por lo menos a 500 m de caminos
no pavimentados (para evitar la contaminación por partículas grandes).
Emisiones vehiculares.
Lo referente a una red de monitoreo de emisiones vehiculares en el aire ambiente se
trata en otra parte de este Manual. El impacto específico de estas emisiones puede
determinarse monitoreándolas directamente mediante el uso de sensores
Este tipo de medición permite, además, identificar
remotos.
los vehículos que emiten
contaminantes en cantidades excesivas respecto a los valores normados.
Escalas de monitoreo. Relación entre objetivos y escalas.
Micro.
A esta escala se asocian volúmenes de aire ambiental que tienen dimensiones que van
desde varios metros hasta aproximadamente 100 metros y corresponde a estaciones
ubicadas muy cerca de la(s) fuente(s), (por ejemplo: O3, CO y NO). Para los monitores
de gases, esta escala se usa para evaluar la distribución del gas dentro de la pluma, ya
sea sobre terreno plano o sobre terreno complejo. En el monitoreo de partículas, esta
escala se usa para caracterizar las emisiones procedentes de las inmediaciones de
fuentes puntuales. Este tipo de escala, también se puede usar para definir los efectos
sobre la salud de ciertos individuos que permanecen cerca de una ubicación fija por
largos períodos (CENMA, Chile).
Media.
Esta escala representa dimensiones que van de 100 metros a 0.5 kilómetros y
caracteriza la calidad del aire en áreas de un tamaño equivalente a varias manzanas
dentro de una ciudad. Corresponde a estaciones ubicadas a distancias considerables
de las fuentes pero bajo su influencia. Algunos de los usos de los datos asociados con
las mediciones de escala media, tanto de gases como de partículas, incluyen la
85
evaluación de los efectos de las estrategias de control para reducir las concentraciones
urbanas y el monitoreo de episodios de contaminación ambiental (CENMA, Chile).
Local.
Las mediciones de la escala local caracterizan las condiciones sobre áreas con
dimensiones que van desde 0.5 hasta 4 Km. Supone condiciones de homogeneidad en
la parcela de aire correspondiente, por lo que no debe haber influencia significativa de
alguna fuente en particular. Esta escala se aplica en áreas donde la tasa de aumento o
disminución del gradiente de concentración gaseoso y de partículas es relativamente
baja (por ejemplo: principalmente áreas suburbanas en las cercanías de los centros
urbanos) y en grandes secciones de pueblos y ciudades pequeñas. En general, estas
áreas son homogéneas en términos de perfil de concentración. Las mediciones de la
escala local pueden ser asociadas con concentraciones de línea de base en áreas de
crecimiento proyectado y en estudios sobre respuestas de la población a la exposición
a contaminantes (por ejemplo: efectos sobre la salud). Asimismo, los máximos de
concentración asociados con episodios de contaminación atmosférica pueden estar
distribuidos de manera razonablemente uniforme sobre áreas de escala local. Las
mediciones tomadas dentro de tales áreas representan concentraciones de escala local
y de escala media. Finalmente, esta escala se usa para hacer comparaciones de una
ciudad a otra y satisface la mayoría de los objetivos de planificadores y de personas
que participan en el proceso de toma de decisiones a nivel urbano y regional (CENMA,
Chile).
Urbana.
Las mediciones a escala urbana caracterizan las condiciones sobre un área
metropolitana entera. Esta escala requiere a menudo más de un sitio para la definición.
Debe representar condiciones homogéneas para un radio urbano amplio. Tales
mediciones son útiles para calcular las tendencias de la calidad del aire en toda una
ciudad y, por ende, para la eficacia de las estrategias de control de contaminación a
gran escala. Las mediciones que representan áreas que abarcan toda una ciudad
también sirven como base válida para hacer comparaciones entre diferentes ciudades
(CENMA, Chile).
86
Regional.
Las mediciones de la escala regional representan las condiciones sobre áreas con
dimensiones de cientos de kilómetros. Estas mediciones se aplican principalmente a
grandes áreas homogéneas, particularmente aquellas que están escasamente
pobladas. Tales mediciones proporcionan información acerca de la calidad de fondo del
aire y del transporte de contaminación entre regiones (CENMA, Chile).
Nacional / Global.
Esta escala de medición representa concentraciones que caracterizan a la nación o al
mundo como un todo. Tales datos son útiles en la determinación de las tendencias
contaminantes, el estudio de los procesos de transporte internacional y global y la
evaluación de los efectos de las políticas de control a escala global (CENMA, Chile).
Recopilación y ordenamiento de la información básica.
Exposición de la población y epidemiología.
Es común que la decisión de iniciar un programa de monitoreo surja de quejas de la
población, las cuales son en muchos casos causadas por molestias debido a olores
ofensivos o polvo en exceso.
El origen y distribución geográfico de las quejas, su tipo y cantidad pueden contribuir al
al diseño de la Red. Es también útil colectar información sobre el daño que sufren las
plantas, animales y materiales en las distintas áreas como ayuda en la selección de los
sitios de muestreo. La información referente a la distribución de la población dentro de
un área es necesaria particularmente cuando, dentro de los objetivos está el de evaluar
la exposición humana a los contaminantes.
Cuando se realizan estudios epidemiológicos, por lo regular la evaluación de la calidad
del aire se efectúa en un cierto número de áreas residenciales con diferencias
significativas en los niveles de contaminación. Es probable que también sea necesario
contar con información sobre edades y condiciones socioeconómicas de la población y
ésta se obtiene normalmente de los resultados de los censos nacionales.
Programas de monitoreo existentes.
Aún cuando no hay un programa formal de monitoreo de la calidad del aire, a menudo
es posible contar con información adquirida de manera esporádica, ya sea por estudios
87
especiales efectuados por el sector salud, por el servicio meteorológico instituciones de
educación superior, investigadores o aún por estudiantes que preparan su tesis sobre el
tema; toda esta información de ser posible debe reunirse y tabularse. Algunas veces se
puede obtener una primera estimación de la magnitud del problema de esta manera.
Habrá de ser precavidos con el uso de esta información debido a la variedad de
procedimientos de muestreo o análisis que pudieran haber sido utilizados.
Inventarios de emisiones.
Uno de los pasos importantes en el diseño de una red de monitoreo es el que tiene que
ver con la información concerniente a las fuentes emisoras de contaminantes
atmosféricos en un área geográfica dada a fin de elaborar o actualizar el
correspondiente inventario de emisiones. Las principales fuentes en un desarrollo
urbano incluyen generalmente las plantas industriales de todo tipo, los vehículos a
motor de combustión interna, las plantas de energía, incineradores y equipos de
calefacción. En la información se deberá incluir la cantidad, tipo, tamaño y localización
de cada fuente y se complementará con datos sobre clases y cantidades de
combustibles utilizados, así como de su composición (azufre, cenizas y contenido de
elementos traza), En algunos casos es posible obtener los totales local, regional y
nacional en algunas publicaciones del sector correspondiente. Los combustibles para
consumo de fuentes fijas deben tratarse aparte de los dedicados a la transportación.
Para la elaboración del inventario de emisiones se dispone de procedimientos en el
área correspondiente. Una vez que se recolecte la información, se deberá hacer una
estimación preliminar de las concentraciones de contaminantes que se espere
encontrar mediante el uso de modelos de dispersión. De esta manera se puede tener,
inicialmente, una idea de la magnitud del problema en poco tiempo y a costos
relativamente bajos.
Actividades en la zona.
Las actividades en la zona pueden conocerse a partir de estadísticas y censos, tanto de
población como industriales y, desde luego, visitándola físicamente. De las actividades
en la zona depende básicamente el tipo de red que se debe instalar. Por ejemplo, si la
actividad primordial es la industrial el monitoreo se debe enfocar a este tipo de
88
contaminantes. Si es una zona puramente residencial se deben monitorear
básicamente los contaminantes provenientes de emisiones vehiculares.
Información meteorológica.
Entre las primeras cosas que se deben hacer es establecer contacto con los Servicios
Meteorológicos, algunos de los cuales son establecidos con propósitos diferentes a los
del monitoreo atmosférico (pronósticos, apoyo al tráfico aéreo y servicios a la
agricultura e hidrología, por ejemplo) y además no es usual que se tengan estudios
meteorológicos dentro de las grandes ciudades., Por tal motivo, se requiere
complementar la información meteorológica existente con la instalación de estaciones
de parámetros meteorológicos adicionales en lugares que sean parte del Programa de
Monitoreo.
Los Servicios Meteorológicos locales tiene por lo común, información general acerca de
las condiciones climáticas en el área. La dirección y velocidad del viento y las
variaciones de temperatura en función de la hora del día y de la estación del año, son
los parámetros usualmente medidos.
Otros datos que se pudieran conseguir serán de precipitación pluvial, períodos de
insolación, humedad relativa y absoluta, así como la potencial formación de nieblas. En
la medida de lo posible sería útil obtener información sobre gradientes de temperatura
y la información relativa a la frecuencia y la altura de la capa de inversión térmica.
Información topográfica.
La topografía es un factor importante en la selección de los sitios de muestreo por el
efecto sobre los vientos locales y las condiciones de estabilidad. Hay muchos
desarrollos urbanos y/o industriales que se han asentado en valles donde hay una gran
tendencia para la formación de inversiones térmicas que atrapan el aire contaminado.
Las ciudades construidas en terrenos ondulados presentan variaciones sustanciales de
las concentraciones dentro del área urbana. En general, mientras más completo sea el
terreno se necesitarán más sitios de monitoreo para determinar la distribución de los
contaminantes. Las montañas, los lagos y océanos son otros aspectos topográficos que
afectan la dispersión de los contaminantes.
89
Establecimiento de la zona objeto.
La ubicación de estaciones en la zona objeto se podría basar en la experiencia
considerando la posición de la fuente de emisión y la dirección del viento dominante en
la zona. Sin embargo, este modo es cualitativo y no podría soportar una evaluación
cuantitativa. Por consiguiente, será necesario estimar la distribución de concentraciones
en la zona, emplear un algoritmo apropiado según los resultados obtenidos y encontrar
así una ubicación adecuada que apoye la evaluación cuantitativa.
Para estimar las concentraciones del aire ambiente de la zona se pueden emplear,
sobre todo, las técnicas de medición simplificada y de simulación pero se pueden usar
también algunas de las técnicas consideradas a continuación. Con éstas se estimará la
distribución de concentraciones de los contaminantes a medir.
Estimación de la calidad del aire en la zona objeto.
Estimación por medición simplificada.
La medición simplificada se basa en el uso de muestreadores pasivos. Éstos son
dispositivos portátiles y de bajo costo. Son muy adecuados para determinar
concentraciones de línea de base así como para evaluar exposiciones personales y
ambientales en tiempos que van de un día a dos semanas. En condiciones controladas
es posible determinar concentraciones en tiempos muy cortos (hasta de ocho horas) o
muy largos, hasta de dos semanas. En una zona objeto donde el número de estaciones
sea muy pequeño los datos obtenidos por medición simplificada se usan para verificar
el modelo de simulación.
El método se basa en una estrategia de saturación, con los muestreadores pasivos
descritos, de una zona de estudio. Los muestreadores pasivos colectan un contamínate
específico por medio de su adsorción y/o absorción en un sustrato químico
seleccionado, el cual es analizado posteriormente para conocer su concentración.
Como se dijo, el tiempo de exposición de un muestreador pasivo se limita a períodos
cortos de tiempo. Por lo tanto, será prácticamente imposible obtener el comportamiento
temporal del contaminante, además de que solo se pueden obtener concentraciones
promedio. Este método se sugiere para comprobar la distribución de la concentración
de un contaminante, para verificar la precisión del modelo y la distribución de
concentración estimada y en zonas donde las condiciones ambientales a lo largo del
90
año no presentan grandes variaciones y su topografía es relativamente llana. Los
contaminantes estimados con esta técnica son: NO2, SO2, NH3, VOC’s y O3.
Estimación por simulación.
Para estimar las concentraciones de los contaminantes con este método es necesario
contar con el inventario de emisiones así como con la información meteorológica del
lugar (dirección y velocidad del viento así como los parámetros relacionados con la
estabilidad atmosférica). La simulación requiere trabajo y presupuesto apropiados pero
tiene ventajas ya que se puede elegir libremente el tiempo de promedio y, entre otras
cosas, se puede ponderar el impacto de alguna fuente que se planeé en el futuro. La
Figura 3.1 muestra la estructura básica de una simulación.
Figura 3.1 Estructura básica de una simulación
Ésta es la técnica más comúnmente adoptada. Funciona eficazmente cuando no existe
una estación en la zona de estudio o cuando se delibera sobre la instalación de una
nueva. Los modelos de simulación pueden utilizarse para predecir patrones de
dispersión o sitios receptores de los contaminantes así como las reacciones
atmosféricas probables lo que ayuda para la ubicación de la estaciones de monitoreo.
Generalmente se utilizan para contaminantes primarios y consideran una cantidad
91
limitada de muestras a través de una medición simplificada4. Con el modelo se procura
establecer una zona objeto buscando la congruencia, dentro de lo posible, entre los
valores de medición real y los arrojados por el modelo.
El procedimiento consiste en: dividir la zona de estudio en subzonas o áreas
representativas con concentraciones similares basándose en los resultados de la
simulación. Para estimar las concentraciones de SO2 y NO2 con este método es
necesario contar con el inventario de fuentes de emisión local así como la información
del lugar de dispersión (dirección y velocidad del viento y parámetros de estabilidad
atmosférica). Se requerirá trabajo y presupuesto apropiados pero tiene ventajas como
poder elegir libremente el tiempo de promedio y ponderar el impacto de alguna fuente
planeada a futuro. La figura 5.3 muestra la estructura básica de una simulación. Se
ingresan los datos meteorológicos y los de las fuentes de emisión. En cuanto a los
datos meteorológicos, los del servicio meteorológico y de la estación de monitoreo son
procesados como datos de entrada del modelo. En el caso de los datos de fuentes de
emisión, se procesa el inventario de fuentes. Estas funciones son desempeñadas por el
procesador meteorológico y el procesador de fuentes de emisión, respectivamente. El
motor analítico o modelo de simulación utilizado puede ser el Hybrid ISC-ST3 que ha
comprobado su funcionamiento para localizar estaciones de contaminantes primarios.
Muestreo a juicio.
En el muestreo a juicio un experto conocedor del sitio o del proceso designa dónde y
cuándo se deben tomar las muestras. Este tipo de muestreo deberá considerarse
cuando los objetivos del estudio no sean de naturaleza estadística, por ejemplo, cuando
el objetivo sea estudiar contaminantes de fuentes de emisión específicas, cuando el
estudio se enfoque a recolectar muestras de alguna localidad previamente seleccionada
o cuando se conozcan las fuentes de emisión y los sitios receptores acoplándoles por
medio de
modelos de dispersión. Este método también se conoce como método
orientado a fuentes. Generalmente este muestreo se aplica en la recolección de
muestras individuales. Cuando se utiliza en muestreos de saturación puede llevar a
conclusiones erróneas.
92
Cuando el objetivo del estudio considere un estimador para toma de decisiones se debe
utilizar un muestreo probabilístico que puede combinarse con el conocimiento del
experto para el proceso de selección del sitio y frecuencia de muestreo. La Figura 3.2
presenta los tipos de muestreo más utilizados para el diseño de redes.
Figura 3.2. Tipos de muestreos utilizados para la
recolección de datos ambientales.
Muestreo aleatorio simple.
Es un método de selección de muestras (n) de una población finita (N) sin considerar la
ubicación de las fuentes de contaminación de modo que cada una de las muestras
tenga la misma oportunidad de ser elegida. El área de estudio o dominio debe dividirse
en formas geométricas iguales o celdas y se numeran ordenadamente desde n1 hasta
N. Posteriormente se extrae una serie de n números aleatorios entre 1 y N, ya sea
utilizando una tabla de números aleatorios o a través de un programa de computación
que produzca una tabla semejante. En cada extracción el proceso debe dar la misma
oportunidad de selección a todos y cada unos de los números que no hayan salido.
Muestreo sistemático.
A primera vista este método de muestreo es muy diferente al muestreo aleatorio simple.
Supongamos el mismo dominio del muestreo aleatorio simple numerado de igual forma.
Para elegir las celdas donde se colocarán los equipos de muestreo se toma la primera
unidad al azar entre las k primeras celdas y luego las subsecuentes a intervalos de k.
Así, por ejemplo si k es igual a 15 y la primera unidad que se extrae es la número 13,
entonces las subsecuentes celdas donde se colectará la muestra serán 28, 43, 58. La
selección de la primera unidad determina toda la muestra. Se sugiere este método en
93
terrenos llanos con fuentes de puntuales grandes. El equipo de muestreo se coloca en
el centro de la celda seleccionada.
Muestreo estratificado.
El dominio se divide primero en subpoblaciones o estratos, estos estratos no se
traslapan y en su conjunto comprende todo el dominio. Una vez determinados los
estratos se extrae una muestra de cada uno. Las extracciones deben hacerse de forma
independiente en los diferentes estratos. Tanto para la selección de los estratos como
para la selección de los sitios de muestreo se puede hacer uso de las técnicas de
muestreo mencionadas. Por ejemplo, si se toma una muestra aleatoria simple en cada
estrato el procedimiento total se conoce como un muestreo aleatorio estratificado. Con
este tipo de muestreo se asegura una cobertura uniforme de la población
principalmente cuando las características de los estratos son particulares.
Traslape de información.
Los sitios de monitoreo localizados a través de esta metodología se conocen como
sitios orientados. El método requiere de bastante información sobre el área de estudio y
se aplica a través de los siguientes pasos:
ƒ
Localización de las fuentes de emisión y asentamientos poblacionales. Los
mapas más utilizados son los de usos del suelo. La clasificación debe
comprender las categorías de uso comercial, residencial, industrial, agrícola o de
conservación. También los mapas de densidad de población permiten determinar
las áreas de mayor exposición. La sobreposición de estos mapas ayuda a
localizar cuales son los asentamientos próximos a áreas donde se registran las
grandes emisiones industriales.
ƒ
Identificación de patrones meteorológicos. Se requieren mapas de dirección y
velocidad del viento, temperatura vertical u otros patrones climáticos como
niebla, lluvia, nevadas, etc. Estos patrones permiten conocer la distribución del
contaminante y hasta donde pueden llegar las emisiones viento abajo además de
predecir con cierto grado de error los niveles que los contaminantes pueden
alcanzar en la atmósfera de la región. Por ejemplo, en la ZMCM la contaminación
tiende a disminuir durante la temporada de lluvia o en los meses de vendavales.
El manejo de la información sugerida en este punto y el anterior permite conocer
94
cómo se distribuyen las emisiones en la atmósfera de la región y qué población
está siendo afectada. Éste es un primer acercamiento para localizar los sitios de
muestreo.
Comparación de las concentraciones del contaminante. La información permite
determinar la distribución espacial del contaminante e identificar los sitios de mayor
concentración.
La
información
puede
obtenerse
de
mediciones
previas
del
contaminante o de documentos científicos. Cuando no haya información disponible se
puede hacer uso de las concentraciones de otros contaminantes que provengan de
fuentes de emisión similares. Con ello se pueden localizar sitios representativos del
comportamiento del contaminante en espacio y tiempo.
Esquema de la ubicación de las estaciones de monitoreo.
Análisis de la ubicación de estaciones de monitoreo de la calidad del aire
ambiente general.
Se define la representatividad de la estación obteniendo la distribución de
concentración del contaminante a medir de la zona objeto por medio de la medición
simplificada y de la simulación. Con base en los resultados obtenidos, se procede a
decidir la ubicación de las estaciones. Si ya existe alguna estación en la zona será
necesario estimar el área cubierta por los datos medidos por dicha estación con la
información relacionada con su ubicación.
Análisis de la ubicación de estaciones de monitoreo por medio de los
resultados de simulación.
Evaluación de concentraciones en el área objeto por medio de cálculos y
división de la zona.
Para dividir la zona se adopta el método de división por nivel de concentración para la
distribución de concentraciones del contaminante a medir en la zona objeto
previamente calculado mediante la simulación. Hay varias técnicas en este método.
Aquí se utiliza la de división por el mismo nivel de concentraciones que es el más
sencillo. Esta técnica consiste en trazar líneas de nivel de concentración (isopletas) con
un determinado ancho (∆C) para distribuir las concentraciones de la zona tomando
como área la porción encerrada por la línea de un mismo nivel.
95
Para realizar esta división se deberán considerar los siguientes puntos:
•
La concentración que constituye el punto de partida tendrá el valor máximo
previsto para la zona.
•
Una porción, aunque se encuentren encerrada por la línea de un mismo nivel,
será considerada como dos distintas si no tiene fragmentación.
El ancho de la división (∆C) será determinado por los valores máximo y mínimo de la
distribución de concentraciones de la zona. La Figura 4.1 muestra un ejemplo del
resultado de la división por simulación (en las áreas de A a G).
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
E
C
C
C
C
C
E
E
E
E
E
E
A
A
A
A
C
C
E
E
E
E
E
A
A
A
B
C
C
E
E
E
E
E
B
A
B
B
C
C
C
E
E
E
E
B
B
B
B
C
C
E
E
E
E
E
C
C
C
C
C
C
E
E
E
E
E
C
C
C
C
D
D
D
E
E
E
E
D
D
D
D
D
D
D
E
G
E
E
D
D
D
D
F
F
F
G
G
G
G
D
D
D
F
F
F
F
G
G
G
G
D
D
F
F
F
F
F
G
G
G
G
D
D
F
F
F
F
F
G
G
G
G
Figura 4.1. Resultado de la ubicación de
estaciones por medio de simulación.
Subdivisión y corrección de las áreas divididas.
Si las áreas divididas de esta manera presentan una forma peculiar o son demasiado
extensas será necesario subdividirlas. Las siguientes áreas se subdividirán:
Área en forma de dona.
Se forma un área anillada de ancho menor que unos tres recuadros, con cinco
recuadros centrales que constituyen un área distinta, siendo el largo de la
circunferencia cinco veces o más, más grande que el ancho.
Área en forma de faja.
Se forma un área anillada de ancho menor que unos tres recuadros, con cinco
recuadros centrales que constituyen un área distinta, siendo el largo de la
circunferencia cinco veces o más, más grande que el ancho.
96
Para determinar el número de áreas subdivididas se puede utilizar el concepto de
D.A.P. (Dose Area Product: producto área dosis).
D.A.P = Superficie habitable en el área (km2) × Mediana de la concentración del área
(ppb)
Se realiza el cálculo del número de áreas subdivididas basándose en el valor de D.A.P
de cada área. Si el D.A.P de un área es inferior al D.A.P estándar por estación
mostrado en el cuadro inferior la subdivisión no será necesaria. Si es más grande, se
hará el cálculo tomando como referencia lo siguiente:
Número de áreas subdivididas = D.A.P del área / D.A.P estándar (redondear)
De esta manera se obtienen el número de áreas subdivididas pero no se aclara cómo
realizar la subdivisión de manera concreta. Para ello, se toman en consideración los
siguientes criterios:
•
¿No estará fragmentada el área por condiciones topográficas?
•
¿En qué grado influyen los océanos, lagos y pantanos?
•
¿En qué grado influyen las fuentes emisoras de los alrededores?
•
¿Cuál será la densidad poblacional y la proporción del casco urbano?
•
¿Cuál será la dirección del viento dominante por temporada?
La Figura 4.2 muestra un ejemplo de la subdivisión de la zona por simulación. El área C
está subdividida en C1, C2, C3, y la E en E1, E2, E3.
E1 E1 C1 A A B B C3 C3 D D
E1 E1 C1 A A A B C3 C3 D D
E1 E1 C1 A A B B C3 C3 D D
E1 E1 C1 A B B B C3 C3 D D
E1 E1 C1 C1 C2 C2 C2 C2 D D F
E1 E1 E1 C1 C2 C2 C2 C2 D D F
E1 E1 E1 E2 E2 C2 E3 E3 D D F
E2 E2 E2 E2 E2 E3 E3 E3 E3 E3 G
E2 E2 E2 E2 E2 E3 E3 E3 E3 G G
E2 E2 E2 E2 E2 E3 E3 E3 E3 E3 G
E2 E2 E2 E2 E2 E3 E3 E3 E3 E3 G
D
D
D
F
F
F
F
G
G
G
G
D
D
F
F
F
F
F
G
G
G
G
D
D
F
F
F
F
F
G
G
G
G
Figura 4.2. Ejemplo de subdivisión y
97
corrección de áreas.
Ajuste de la ubicación de estaciones de monitoreo.
Generalmente las áreas representativas en la ubicación de estaciones de monitoreo de
cada contaminante presentan distribuciones bastante diferentes. Aunque no sería
imposible instalar las estaciones por separado en las áreas representativas, no es
aconsejable ya que se requiere mucho trabajo para asegurar el lugar de instalación y
también aumentarían, tanto la complejidad del mantenimiento y control, como los
gastos. Además, el nivel de fondo de las concentraciones monitoreadas sería distinto.
Por lo tanto, en la medida de lo posible, se deberán hacer ajustes para que las
estaciones de monitoreo para diferente contaminante se instalen en un mismo punto y
para que su ubicación permita cubrir toda el área con el menor número posible de
estaciones.
La Figura 4.3 presenta un ejemplo del ajuste de las áreas correspondientes a SO2 y
NO2. La zona objeto queda dividida en cinco áreas en el caso de SO2, del lado
izquierdo y en cuatro áreas para el NO2, a la derecha, por lo que el número de
estaciones necesarias sería de 5 y 4, respectivamente, si se consideran por separado
estos contaminantes. La figura inferior se refiere al resultado del ajuste de las
estaciones con el fin de que sea cubierta la mayor extensión posible de áreas para
ambos. El número definitivo de estaciones sería de cinco que se encargarían de
monitorear SO2 y NO2 a la vez.
98
Figura 4.3. Ejemplo de ajuste de áreas para SO2 y NO2.
Análisis de la ubicación de estaciones de monitoreo mediante los datos de las
estaciones de monitoreo de la calidad del aire ambiente general.
En caso de que ya existan varias estaciones en la zona se podrían utilizar otros
procedimientos para su cierre o su unificación. Uno de ellos puede ser el análisis
Cluster, correlacionando las estaciones encargadas de mediciones horarias en días de
alta contaminación, así como del análisis del porcentaje de captura simultánea de datos
de alta concentración, donde se utilizan los datos de las estaciones ya existentes de
monitoreo del aire ambiente general. Con el análisis Cluster se verifica si los puntos con
alta correlación caen en una misma división o no para clasificar las estaciones. En este
caso, para decidir sobre las estaciones ya existentes, la subdivisión de las áreas y el
análisis de la instalación de estaciones, se sigue el mismo procedimiento de ubicación
de estaciones por simulación.
La Figura 4.4 muestra el diagrama de árbol de un análisis Cluster. El eje horizontal
representa las estaciones (de A a G) y el vertical el coeficiente de correlación (que sería
99
0.7, en la posición 30 en el eje vertical). Al cortarse en la línea del 30, las estaciones
podrán ser clasificadas en cinco grupos. (A-C-B, D-F, E, G, H). En el caso de los grupos
A-C-B y D-F que contienen dos o más estaciones se podrá estudiar la posibilidad de
unificación o cierre de algunas para que quede una sola estación por grupo.
100
50
1
0
A
C
2
B
D
F
3
4
5
E
G
H
Figura 4.4. Diagrama de árbol de un análisis
Cluster.
Análisis integral de la ubicación de estaciones de monitoreo del aire ambiente.
Ubicación de estaciones de monitoreo de la calidad del aire ambiente
general.
Ubicación de estaciones de monitoreo representativas de SO2 y NO2.
En principio se establecen las estaciones en las áreas comunes representativas de SO2
y NO2 que han sido ajustadas conforme al punto 4.3.
Si no hay estaciones en las áreas correspondientes se instalará una en el centro de las
áreas representativas. En caso de que sea imposible instalar estaciones en todas las
áreas representativas debido a las limitaciones presupuestales y de tiempo se da
prioridad a las estaciones de monitoreo de niveles de fondo.
Si existen dos o más estaciones, se podría detectar si hay algunas que se juzguen
como innecesarias en el caso de que sus áreas representativas sean compartidas. En
cambio, si el número de estaciones es pequeño, algunas áreas no podrán ser cubiertas
por las estaciones existentes y podrá surgir la necesidad de crear unas nuevas. Si
existe una estación en el área representativa, ésta continuará operando. Si existen dos
o más, se conservará la más apropiada de acuerdo con el procedimiento de ubicación
de estaciones representativas. Se debe estudiar si la otra es apta para el monitoreo de
100
alta concentración de corto tiempo en cuyo caso, debe permanecer. Si no corresponde
a ninguno de estos casos se debe determinar si continúa o no tomando en cuenta su
continuidad histórica. Si no se justifica su permanencia, a pesar de todo lo antes
mencionado, debe ser candidata al traslado o al cierre.
Estaciones de monitoreo de O3.
Cuando existe NO en el aire reacciona rápidamente con el O3 convirtiéndose en NO2.
Por consiguiente, se debe tener cuidado al efectuar el monitoreo en lugares de alta
concentración de NO proveniente de los escapes de los automóviles. Debido a sus
características, se requiere medir siempre los NO y NO2 al mismo tiempo. En términos
generales, la concentración de O3 abarca áreas extendidas y la permanencia local de la
concentración monitoreada depende del NO. Por lo tanto, es deseable medir la
concentración de O3 en forma simultánea en las estaciones representativas de SO2 y
NO2. Al tomarse en cuenta las características de la distribución de concentraciones de
O3 no será necesario que la densidad de estaciones en el área sea tan alta como la de
las estaciones representativas de SO2 y NO2. Sin embargo, se debe insistir en la
importancia de medir O3 siempre al mismo tiempo que NOx (NO, NO2).
Estaciones de monitoreo de partículas y de HC (COVs).
No se ha establecido un método eficaz para ubicar de manera adecuada las estaciones
para monitorear partículas ni COVs porque su ubicación depende de la distribución de
las fuentes de emisión y del proceso de formación de estos contaminantes. Las
estaciones de monitoreo de SO2 y NO2, además de las estaciones de monitoreo de
emisiones de fuentes móviles, también pueden monitorear en principio partículas y HC
(COVs).
Análisis de la ubicación de estaciones de monitoreo de niveles de fondo.
En el caso de la red de estaciones de monitoreo del aire ambiente general es
indispensable realizar el diseño incluyendo las estaciones de monitoreo de niveles de
fondo. Si sólo se puede instalar una estación de monitoreo del aire ambiente general en
la zona objeto será necesario ubicarla en la dirección del viento dominante de manera
que desempeñe ambas funciones, es decir, la de monitorear niveles de fondo y aire
ambiente general.
101
Análisis de la ubicación de estaciones de monitoreo de fuentes específicas.
Ubicación de estaciones de monitoreo de fuentes fijas específicas de SO2 y
NO2.
En el proceso de análisis de la ubicación de estaciones representativas de SO2 y NO2
se da una idea aproximada de los lugares donde instalar las estaciones de monitoreo
de fuentes fijas específicas. Aquí se muestran nuevamente las condiciones en que
aparecen altas concentraciones a causa de las fuentes fijas específicas:
ƒ
Pluma en momentos de calma, con viento suave;
ƒ
Pluma en el momento de la generación de una inversión térmica de superficie;
ƒ
Pluma en momentos de inestabilidad atmosférica;
ƒ
Pluma alta, contaminación causada por viento rápido;
ƒ
Efectos topográficos, vientos locales.
Para ubicar las estaciones de monitoreo de fuentes fijas específicas es preciso conocer,
dentro de lo posible, las altas concentraciones mencionadas. Las condiciones de
generación de altas concentraciones ambientales por fuentes específicas no son tan
excepcionales pero se reflejan en cierto grado en el promedio anual siendo capturadas
finalmente por la red de estaciones representativas. Por lo tanto, la necesidad de
colocar estaciones de este tipo para conocer concentraciones altas no es muy grande.
No habría un gran problema si se pretende conocer sólo concentraciones elevadas de
corto tiempo causadas por plumas de cierta altura (20 metros o más, por ejemplo). En
este caso, para estimar los lugares donde aparecen altas concentraciones es útil el
concepto Xmax, punto de aparición de la concentración máxima. En otras palabras, de
los resultados de la simulación por rango, de dirección y de velocidad del viento y por
nivel de estabilidad atmosférica, se obtienen los puntos de concentración máxima para
cada caso y se elige el punto de aparición de la concentración máxima para ubicar la
estación en el punto más adecuado. En ocasiones se requieren varias estaciones,
según las circunstancias.
Ubicación de estaciones de monitoreo de emisiones de fuentes móviles.
En el caso de las estaciones de monitoreo de emisiones de fuentes móviles se debe
dividir la vía objeto en tramos en los que se indican ciertos detalles como el volumen de
102
circulación al día y durante 14 horas (de 7:00 a 21:00), el porcentaje de circulación de
vehículos grandes, las características de la vía (número y ancho de carriles, existencia
de banqueta y, en su caso, su ancho, si es una vía elevada, túnel, vía terraplenada,
paso elevado, subterráneo, o pendientes en subida o bajada.). Con la tipificación de
estos tramos se deben elegir los sitios para colocar las estaciones de monitoreo. Dos
vías distintas que pertenezcan a un mismo tipo de tramo deben ser representadas por
uno solo. La estación de monitoreo se instalará en la orilla del tramo representativo
elegido.
Distribución de los contaminantes en tiempo y espacio.
El diseño de una red de monitoreo debe considerar la distribución del contaminante en
el tiempo y el espacio por lo que se sugiere la evaluación del contaminante por períodos
de tiempo prolongado para elegir los sitios con la máxima cobertura espacial y con
mediciones representativas a lo largo del año. Las metodologías que se presentan a
continuación permiten evaluar el comportamiento del contaminante en el espacio. La
implantación de alguna de ella dependerá de las características del área de estudio y
de la disponibilidad de los recursos.
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Environmental Data Collection. EPA/240/R-02/005, December.
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Zannetti,
P.
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Air
Quality
Modeling
(Theories,
Methodologies,
Computational Techniques, and Available Databases and Software).
EnviroComp Institute and A&WMA, p. 5-6, Pittsburgh, PA.
105
Manual 4
Operación, mantenimiento y calibración de los componentes de una estación de
monitoreo de la calidad del aire.
106
Contenido
INTRODUCCIÓN ..............................................................................................111
1. EQUIPO........................................................................................................113
1.1. EQUIPOS PARA MONITOREO DE CONTAMINANTES CRITERIO. ........................ 113
1.1.1. Monóxido de carbono. .................................................................... 114
1.1.1.1. Principio de medición................................................................... 114
1.1.1.2. Especificaciones. ......................................................................... 116
1.1.2. Bióxido de azufre. ........................................................................... 117
1.1.2.1. Principio de medición................................................................... 117
1.1.2.2. Especificaciones. ......................................................................... 118
1.1.3. Óxidos de nitrógeno........................................................................ 119
1.1.3.1. Principio de medición................................................................... 119
1.1.3.2. Especificaciones. ......................................................................... 121
1.1.4. Ozono. ............................................................................................ 122
1.1.4.1. Principio de medición................................................................... 122
1.1.4.2. Especificaciones. ......................................................................... 124
1.1.5. Equipo para muestreo de partículas. .............................................. 124
1.1.5.1. Principio de muestreo y medición. ............................................... 125
1.1.5.2. Especificaciones. ......................................................................... 126
1.1.6. Equipos para muestreo automático y monitoreo de partículas. ...... 127
1.1.6.1. Muestreadores de PM10 o de PM2.5 por el principio de atenuación beta.
127
1.1.6.2. Microbalanza oscilante de elemento agudizado (TEOM, Tapered Element
Oscillating Microbalance)............................................................................ 128
1.2. CRITERIOS PARA LA SELECCIÓN DE EQUIPOS. ............................................ 128
1.3. INSTALACIÓN DE EQUIPOS. ....................................................................... 129
1.4. PUESTA EN MARCHA DE LOS EQUIPOS. ...................................................... 130
2. OPERACIÓN. ...............................................................................................130
2.1. PROCEDIMIENTOS OPERATIVOS Y MANUALES DE OPERACIÓN....................... 130
2.1.1. Elaboración de los POs. ................................................................. 131
2.1.2. Estructura de los POs..................................................................... 133
107
2.2. PROCEDIMIENTOS DE INSPECCIÓN DE RUTINA EN LAS ESTACIONES DE MONITOREO.
134
2.2.1. Inspección de la estación. .............................................................. 134
2.2.1.1. Exterior de la estación. ................................................................ 134
2.2.1.2. Interior de la estación. ................................................................. 135
2.2.2. Inspección rutinaria del sistema de muestreo y medición............... 135
2.2.2.1. Muestreo manual de partículas.................................................... 135
2.2.2.2. Muestreo automático de partículas.............................................. 135
2.2.2.3. Monitoreo de gases. .................................................................... 136
2.2.2.3.1..............................Toma de muestra múltiple, bombas y extractores.136
2.2.2.3.1.1............................................. Verificación de tiempos de residencia.136
2.2.2.3.2...................................................................................... Analizadores.137
2.2.2.3.2.1..............................................................................Inspección física.137
2.2.2.3.2.2....................................... Revisión de los parámetros de operación.138
2.2.2.3.2.3......................................... Verificación del estado de la calibración.138
2.2.3. Inspección del sistema de transmisión y almacenamiento de datos.138
2.2.3.1. Transmisión de los datos. ............................................................ 138
2.2.3.1.1.Analizador – Almacenador de datos. Comparación de las lecturas del
analizador con las lecturas del almacén temporal de datos. ...................... 139
2.2.3.2. Almacenamiento de datos. .......................................................... 139
2.2.3.2.1................................... Revisión de los datos en el almacén temporal.139
2.3. DOCUMENTACIÓN DE VISITAS. .................................................................. 140
2.4. BITÁCORAS DE EQUIPO. ........................................................................... 145
2.5. SEGURIDAD Y PLANES DE EMERGENCIA. .................................................... 145
2.5.1. Seguridad en las instalaciones. ...................................................... 145
2.5.2. Prácticas de seguridad en torno a las instalaciones. ...................... 148
3. MANTENIMIENTO........................................................................................149
3.1. GENERALIDADES. .................................................................................... 149
3.1.1. Mantenimiento preventivo y mantenimiento correctivo. .................. 149
3.2. MANTENIMIENTO PREVENTIVO. ................................................................. 149
3.2.1. Programa de mantenimiento preventivo (para las estaciones de monitoreo).
149
108
3.2.1.1. Infraestructura.............................................................................. 151
3.2.1.2. Sistemas de muestreo y medición. .............................................. 152
3.2.1.2.1................. Instrumentos de medición de parámetros meteorológicos.152
3.2.1.2.2.......................................................... Muestreo manual de partículas.157
3.2.1.2.3.................................................... Muestreo automático de partículas.157
3.2.1.2.4............................................................................Monitoreo de gases.157
3.2.1.2.4.1..........................Toma de muestra, múltiple, bombas y extractores.157
3.2.1.2.4.2................................................................................... Analizadores.157
3.2.1.3. Sistema de transmisión y almacenamiento de datos................... 180
3.3. MANTENIMIENTO CORRECTIVO.................................................................. 180
3.3.1. Resultados de las inspecciones de rutina de las estaciones. ......... 180
3.4. INVENTARIO DE EQUIPOS Y REFACCIONES.................................................. 181
3.5. CONTROL DE ALMACENES DE REFACCIONES Y EQUIPOS. ............................. 182
3.6. ÁREA DE REPARACIÓN Y MANTENIMIENTO DE EQUIPOS................................ 182
4. CALIBRACIÓN DE EQUIPOS E INSTRUMENTOS..................................... 185
4.1. GENERALIDADES. .................................................................................... 185
4.1.1. Objetivos......................................................................................... 185
4.1.2. Frecuencia. ..................................................................................... 185
4.1.3. Criterios. ......................................................................................... 186
4.2. CALIBRACIÓN DE EQUIPOS DE MUESTREO DE PARTÍCULAS........................... 186
4.2.1. Muestreadores manuales. .............................................................. 186
4.2.2. Muestreadores semiautomáticos y automáticos. ............................ 188
4.3. CALIBRACIÓN DE LOS EQUIPOS DE MONITOREO DE GASES........................... 188
4.3.1. Calibración de cero y span (calibración con dos puntos)................ 189
4.3.2. Calibración multipunto (verificación de linealidad). ......................... 193
4.3.3. Métodos de calibración................................................................... 194
4.3.3.1. Calibración de analizadores de CO y SO2. .................................. 194
4.3.3.2. Calibración de analizadores de O3. ............................................. 198
4.3.3.3. Calibración de analizadores de NOx. .......................................... 199
4.3.3.3.1.................................................Calibración de canales de NO y NOx.199
4.3.3.3.2................Calibración del canal de NO2 (Titulación en fase gaseosa).200
109
4.4. VERIFICACIÓN DE LOS INSTRUMENTOS DE MEDICIÓN DE PARÁMETROS
METEOROLÓGICOS. .......................................................................................... 201
4.4.1. Verificación del transductor y las señales....................................... 202
4.4.2. Verificación de sensores de dirección de viento. ............................ 203
4.4.3. Calibración de sensores de velocidad de viento............................. 207
4.4.4. Calibración de sensores de temperatura. ....................................... 208
4.4.5. Calibración de humedad relativa. ................................................... 210
4.4.6. Calibración de sensores de presión................................................ 212
4.4.7. Calibración de sensores de radiación solar. ................................... 213
5. REFERENCIAS. ...........................................................................................214
110
Introducción
La operación de un Sistema de Monitoreo Atmosférico (SMA) implica diversas tareas y
actividades coordinadas y realizadas por personal capacitado y entrenado que
garantice, tanto la correcta medición de los contaminantes atmosféricos y los
parámetros meteorológicos, como la adecuada adquisición, almacenamiento y
procesamiento de los datos generados.
Este documento se refiere a las actividades de operación, calibración y mantenimiento
que deben implantarse para garantizar la adquisición de datos representativos,
completos, confiables y comparables.
En el Capitulo 1 se describen los principios de funcionamiento de los analizadores
automáticos de gases y de los muestreadores y monitores de partículas,| usados en la
medición de las concentraciones de los contaminantes criterio en el aire. También se
incluyen criterios para la selección de los equipos y las actividades que se efectúan
para su instalación, activación y operación.
En el Capítulo 2 se presentan las consideraciones básicas para la elaboración de
Procedimientos Operativos (PO´s) y las actividades de rutina en la operación de una
estación de monitoreo; que representan una herramienta esencial en los esquemas de
calidad de las organizaciones responsables de los Programas de Monitoreo
Atmosférico. Además se presentan algunos aspectos relativos a las medidas seguridad
y de atención a emergencias por contingencias ambientales.
En el Capítulo 3 se establecen algunas directrices generales así como los requisitos
mínimos con que deben contar los programas de mantenimiento preventivo y correctivo.
En el Capítulo 4 se presentan aspectos generales de los procedimientos de calibración
requeridos en este tipo de sistemas para demostrar la trazabilidad de las mediciones
que se realizan haciendo énfasis en la necesidad de que se disponga en el País, a
mediano plazo, de organizaciones que proporcionen servicios de certificación y
verificación de patrones de transferencia.
Es importante señalar que las actividades de mantenimiento preventivo y calibración de
hecho son parte de los procedimientos operativos propios de un SMA por lo que deben
documentarse para demostrar y garantizar la trazabilidad de las mediciones que
realizan.
111
Asimismo, los Programas de Mantenimiento Preventivo, de Calibración y de
Adquisiciones deberán ser eficaces en términos de cobertura y temporalidad. La
cobertura se refiere a considerar la infraestructura integral del SMA que incluye
instalaciones, equipos, instrumentos, vehículos, combustibles, servicios y otros,
mientras que la temporalidad se relaciona con la frecuencia en que se programan y
ejecutan las diversas actividades de verificación, revisión, sustitución, mantenimiento y
calibración para garantizar el cumplimiento de los objetivos de calidad establecidos.
Algunos aspectos específicos relacionados con la planeación y programación de las
actividades podrán depender de requerimientos reglamentarios y/o normativos
establecidos por las autoridades en base a objetivos y metas de mediano y largo plazo
para, por ejemplo, fortalecer el Sistema Nacional de Información de la Calidad del Aire
(SINAICA) el cual es esencial para la Gestión de la Calidad del Aire.
112
Equipo.
La selección de los equipos e instrumentos para el monitoreo y medición de la calidad
del aire se hará conforme a los lineamientos que se muestran a continuación pero
podrá complementarse y actualizarse con información proporcionada por los
proveedores.
Equipos para monitoreo de contaminantes criterio.
Los principios de medición de los analizadores se llevan a cabo de acuerdo a los
métodos de referencia, establecidos en las Normas Oficiales Mexicanas, o a los
métodos equivalentes. En la página web de la United States Environmental Protection
Agency (EPA) www.epa.gov/ttn/amtic/criteria.html se encuentra el listado de los
métodos de referencia y métodos equivalentes designados para cada contaminante
criterio.
En este capítulo se presentan los principios de los equipos de medición y de muestreo
para la determinación de la concentración de contaminantes criterio. Además se
presentan las especificaciones generales de desempeño para cada uno de ellos.
Para las especificaciones generales de desempeño de los analizadores se encuentran
las siguientes:
•
Límite mínimo de detección. Es la concentración mas baja que el analizador es
capaz de detectar con confianza. Se define como el equivalente al doble del nivel
del ruido electrónico del analizador.
•
Precisión. Es una medida del acuerdo mutuo entre mediciones individuales de la
misma propiedad que en general se realizan en condiciones similares prescritas.
Se expresa en términos de desviación estándar.
•
Linealidad. Es la relación entre la entrada y la salida en la que la salida varía en
proporción directa a la entrada. Es la desviación máxima entre la respuesta real
del analizador y la respuesta de salida preestablecida por la regresión lineal
(mínimos cuadrados) de las lecturas reales.
113
•
Desplazamiento del cero. Es la variación en la respuesta de salida del analizador
a una muestra constante de aire cero durante un periodo de operación continua
sin realizar ajustes.
•
Desplazamiento del span. Es el cambio, positivo o negativo, en la respuesta de
salida del analizador a escala completa de medición, a una concentración de
prueba del contaminante durante un periodo de operación continua sin realizar
ajustes.
•
Ruido. Es el conjunto de desviaciones espontáneas de corta duración en la señal
de salida del analizador, respecto a la media, que no son causadas por cambios
en la concentración de la muestra.
•
Tiempo de respuesta. Es el tiempo que transcurre entre la introducción de una
concentración de prueba y el primer cambio observable en la respuesta del
analizador.
•
Tiempo de ascenso. Es el tiempo que transcurre entre la primera respuesta
observable del analizador y el momento en que se estabilice la lectura en una
concentración equivalente al 95 % del intervalo total de medición.
•
Intervalo de temperatura de operación. Es la diferencia entre las temperaturas
ambientales máxima y mínima, a las que puede operar el analizador sin que se
provoquen cambios significativos en su funcionamiento.
Monóxido de carbono.
Principio de medición.
El método de referencia para determinar la concentración de monóxido de carbono
(CO) en aire ambiente, establecido en la NOM-034-SEMARNAT-1993, es el de
absorción infrarroja por medio de un fotómetro no dispersivo; conocido también como
Espectrofotometría en el Infrarrojo No Dispersivo (IRND).
El método de referencia se basa en la capacidad que tiene el monóxido de carbono
para absorber la energía en determinadas longitudes de onda, que consiste en medir la
radiación infrarroja absorbida por el monóxido de carbono mediante un fotómetro no
dispersivo.
114
En los analizadores que utilizan este método se mide la absorción de radiación
infrarroja llevada a cabo por las moléculas de CO en intervalos relativamente pequeños
de longitudes de onda o bandas centradas sobre la región de máxima absorción del
contaminante. En la Figura 1.1 se ilustran esquemáticamente los componentes básicos
de un analizador IRND tradicional y su principio de funcionamiento (Jahnke, 1993).
La radiación infrarroja emitida por una lámpara se transmite a través de dos celdas, la
de referencia y la de muestra. La celda de referencia contiene un gas inerte, por lo
general nitrógeno o aire, los cuales no absorben radiación infrarroja a la longitud de
onda usada en el analizador. De esta manera, conforme el haz de radiación infrarroja
pasa por la celda de muestra las moléculas de CO absorben parte de esta radiación
por lo que a la salida de la celda se tendrá menos energía que a la entrada y también
menos que a la salida de la celda de referencia. Esta diferencia de energía entre las
dos celdas, directamente proporcional a la cantidad de CO contenida en la muestra de
gas es medida por algún tipo de detector de estado sólido.
Figura 1.1. Principio de detección IRND simple.
En los analizadores de CO más modernos se aplica una variación denominada Filtro de
Correlación de Gas cuyo funcionamiento se muestra en la Figura 1.2.
115
Figura 1.2. Principio de detección IRND con correlación de filtro de gas.
En este caso el haz de radiación infrarroja pasa por un filtro rotatorio integrado por dos
celdas, una de las cuales contiene CO y la otra N2 para crear el haz de referencia de
modo tal que el detector mida la diferencia de energía entre la radiación absorbida en la
celda de muestra y la señal modulada por la alternancia entre los filtros de gas. La
señal del detector es procesada y acondicionada por microprocesadores para
desplegarla como una lectura de concentración de CO en ppm o en
g o mg/m3.
Especificaciones.
En la Tabla 1.1 se encuentran las especificaciones generales de desempeño que debe
presentar un analizador de CO. Estas especificaciones son proporcionadas por el
fabricante y pueden variar de acuerdo al modelo y/o marca. Cabe resaltar que algunos
criterios pueden no ser directamente aplicables a las condiciones ambientales de
monitoreo.
Tabla 1.1. Especificaciones generales de desempeño para analizadores de CO.
Principio de
Detección
Infrarrojo con
correlación de
Ruido (ppm)
filtro de gas
116
± 0.05
(método de
referencia)
Tiempo de
Límite de
0.1
Detección (ppm)
ascenso
90
95 % (s)
Temperatura de
± 0.1
Precisión (ppm)
Operación
10 – 40
(Intervalo, °C)
1.0
Linealidad (%EC)
Desplazamiento
± 0.2
del Cero 24h
(ppm)
Porciento de
Humedad
Tiempo máximo
de Ciclo (min)
Desplazamiento
1.0
del Span
24h(%EC)
Voltaje
(VCA / 60 HZ)
100%
1.0
105 – 115
Bióxido de azufre.
Principio de medición.
El método de referencia, establecido en la NOM-038-SEMARNAT-038, para determinar
la concentración de bióxido de azufre en el aire ambiente es el de West y Gaeka,
(método de la pararrosanilina) que es una técnica analítica por vía húmeda. Debido a la
complejidad del método y al tipo de sustancias que se requieren, los analizadores
automáticos utilizan un método espectrofotométrico diferente considerado equivalente.
En la misma norma se considera como método equivalente el de fluorescencia. El
principio de medición se basa en el hecho de que cuando las moléculas de SO2
absorben radiación ultravioleta (UV) a una longitud de onda en el intervalo de 210-410
nm entran en un estado instantáneo de excitación para posteriormente decaer a un
estado de energía inferior emitiendo radiación UV de una longitud de onda mayor en el
intervalo de 240 a 410 nm como se indica a continuación:
SO2 + ηγ 210 nm ⎯
⎯→ SO2 ⎯
⎯→ SO2 + ηγ 240 − 410 nm
*
117
*
La intensidad de la radiación fluorescente emitida es proporcional a la concentración de
SO2, (Jahnke, 1993). Los componentes básicos de un analizador de este tipo se
muestran en la Figura 1.3.
Figura 1.3. Principio de detección de fluorescencia UV.
Como se observa en la figura la selección de las longitudes de onda se realiza por
medio de filtros de banda, tanto de la radiación irradiada por la fuente UV, como la de la
radiación fluorescente emitida en la cámara, la cual es recibida por un tubo
fotomultiplicador que detecta la señal luminosa y la convierte en una señal eléctrica
cuya magnitud es directamente proporcional a la concentración de SO2 contenida en el
gas muestreado (Jahnke, 1993).
En la práctica los equipos comerciales cuentan además con lavadores o con
dispositivos filtrantes para la remoción de hidrocarburos o con otros mecanismos para
reducir al mínimo las interferencias.
Especificaciones.
En la Tabla 1.2 se encuentran las especificaciones generales de desempeño que debe
presentar un analizador de SO2. Estas especificaciones son proporcionadas por el
118
fabricante y pueden variar de acuerdo al modelo y/o marca. Cabe resaltar que algunos
criterios pueden no ser directamente aplicables a las condiciones ambientales de
monitoreo.
Tabla 1.2. Especificaciones generales de desempeño para analizadores de SO2.
Principio de
Detección
Límite de
Detección (ppm)
Fluorescencia UV
(Método
Ruido (ppm)
± 0.002
equivalente)
Tiempo de
0.002
ascenso
180
95 % (s)
Temperatura de
Precisión (ppm)
± 0.002
Operación
10 – 40
(Intervalo, °C)
Linealidad (%EC)
Porciento de
1.0
Humedad
Desplazamiento
del Cero 24h
Tiempo máximo
± 0.002
de Ciclo (min)
(ppm)
Desplazamiento
del Span
Voltaje
1.0
(VCA / 60 HZ)
24h(%EC)
100%
3.0
105 – 115
Óxidos de nitrógeno.
Principio de medición.
El método de referencia para determinar la concentración de óxidos de nitrógeno (NOx)
en
aire
ambiente,
establecido
en
la
NOM-037-SEMARNAT-1993,
es
el
de
quimiluminiscencia en fase gaseosa. Este método de referencia permite medir la
concentración de bióxido de nitrógeno en el aire ambiente de forma indirecta.
La quimiluminiscencia es una técnica analítica basada en la medición de la cantidad de
luz generada por una reacción química. Los analizadores de NOx utilizan este principio
119
a partir de la reacción que tiene lugar entre el óxido nítrico (NO) contenido en la
muestra de aire y el ozono (O3) que genera en exceso un dispositivo que es parte de los
componentes del instrumento. La luz emitida se encuentra en el intervalo del infrarrojo
entre 500 y 3000 nm de acuerdo a la siguiente reacción:
NO + O3 → NO2* + O2
NO 2* → NO 2 + hv
El NO en una muestra de aire reacciona con el O3 para formar dióxido de nitrógeno en
estado de excitación (NO2*). Posteriormente, cuando el dióxido de nitrógeno generado
vuelve al estado inicial emite una luz característica en una cantidad proporcional a la
concentración del NO contenido en la muestra (Jahnke, 1993). En la Figura 1.4 se
muestran los componentes básicos de un analizador de NOx.
Figura 1.4. Principio de detección por quimiluminiscencia.
El NO2 no participa en la reacción de quimiluminiscencia por lo que los analizadores
están provistos de un convertidor a través del cual pasa la muestra de aire en forma
alternada para que el dióxido de nitrógeno se reduzca a NO.
/ catalizador
NO2 ⎯calor
⎯⎯
⎯⎯
⎯→ NO + 12 O2
120
La generación del O3 se lleva a cabo tratando oxígeno con radiación UV en un tubo de
cuarzo. El O3 se suministra en exceso a la cámara de reacción para asegurar una
reacción completa y para evitar la pérdida de radiación.
La concentración de NOx se determina en dos etapas de medición. Cuando la muestra
llega directamente a la celda de reacción sin pasar por el convertidor la concentración
detectada corresponde a la concentración del NO existente y la lectura es guardada por
el microprocesador. Cuando la muestra pasa por el convertidor y llega hasta la celda de
reacción el NO2 se convierte en NO y la concentración detectada se suma a la del NO
de la etapa anterior y se reporta como NOx total. La concentración de NO2 corresponde
a la diferencia entre las lecturas registradas de NO y NOX.
Especificaciones.
En la Tabla 1.3 se encuentran las especificaciones generales de desempeño que debe
presentar un analizador de NOx. Estas especificaciones son proporcionadas por el
fabricante y pueden variar de acuerdo al modelo y/o marca. Cabe resaltar que algunos
criterios pueden no ser directamente aplicables a las condiciones ambientales de
monitoreo.
Tabla 1.3. Especificaciones generales de desempeño para analizadores de SO2.
Principio de
Detección
Límite de
Detección (ppm)
Quimiluminiscencia
(método de
Ruido (ppm)
± 0.002
referencia)
Tiempo de
0.005
ascenso
180
95 % (s)
Temperatura de
Precisión (ppm)
± 0.002
Operación
10 – 40
(Intervalo, °C)
Linealidad (%EC)
1.0
Desplazamiento
± 0.002
Porciento de
Humedad
Tiempo máximo
121
100%
3.0
del Cero 24h
de Ciclo (min)
(ppm)
Desplazamiento
del Span
1.0
24h(%EC)
Voltaje
(VCA / 60 HZ)
105 – 115
Ozono.
Principio de medición.
El método de referencia para determinar la concentración de ozono (O3) en aire
ambiente, establecido en la NOM-036-SEMARNAT-1993, es el de quimiluminiscencia.
Sin embargo, actualmente los analizadores utilizan el método de fotometría en el UV,
establecido como equivalente en la misma norma. En dicho método se mide la cantidad
de radiación ultravioleta de longitud de onda cercana a los 254 nm que es absorbida por
el O3 presente en la muestra.
El principio de detección se basa en la Ley de Beer-Lambert. Cuando muestra pasa por
el interior de las celdas de absorción de una determinada longitud de onda una
molécula del gas objeto de la medición absorbe una cantidad de radiación de longitud
de onda específica. La concentración obtenida se corrige por los datos de temperatura
y presión del interior de la celda de absorción medidas de manera independiente. La
concentración del gas se puede obtener mediante la siguiente ecuación:
I = I 0eαLC
(a condiciones de P y T)
Donde:
I = La intensidad de la luz después de la absorción
I0 = La intensidad de la luz antes de la absorción
α = Coeficiente de Absorción del O3 a determinada longitud de onda
L = Longitud de la celda o tubo de absorción
C = concentración del gas absorbente (O3)
Despejando la concentración de O3 (C) en ppm:
122
O3 ( ppm ) =
I 760 T
10 6
* Log 10 0 *
*
α *L
I
P 273
En las figuras1.5 y1.6 se muestra un esquema simple del principio de operación y los
principales componentes de un analizador UV.
Figura 1.5. Principio de detección por fotometría UV.
Figura 1.6. Principio de detección por fotometría UV.
Por lo común los equipos comerciales emplean una lámpara de alta energía de vapor
de mercurio para generar el haz de luz UV en la región de los 254 nm. El haz pasa por
un filtro para partículas de un material que no reaccione con el O3 y que sea
transparente a la luz UV. Dado que el O3 absorbe en forma muy eficiente la luz UV la
longitud de la cámara requerida puede ser relativamente corta, de unos 40 a 42 cm.
Finalmente el haz de luz UV pasa por un filtro similar ubicado en la parte final del tubo
de absorción para ser detectado por un diodo al vacío. La intensidad de la luz es
123
convertida a una salida de voltaje. La disminución de la luz UV inicial debida a la
absorción por el O3 es directamente proporcional a la concentración
Especificaciones.
En la Tabla 1.4 se encuentran las especificaciones generales de desempeño que debe
presentar un analizador de O3. Estas especificaciones son proporcionadas por el
fabricante y pueden variar de acuerdo al modelo y/o marca. Cabe resaltar que algunos
criterios pueden no ser directamente aplicables a las condiciones ambientales de
monitoreo.
Tabla 1.4. Especificaciones generales de desempeño para analizadores de O3.
Principio de
Detección
Fotometría UV
Límite de
Detección (ppm)
Ruido (ppm)
± 0.001
Tiempo de
0.002
ascenso
90
95 % (s)
Temperatura de
Precisión (ppm)
± 0.002
Operación
10 – 40
(Intervalo, °C)
Linealidad (%EC)
1.0
Desplazamiento
del Cero 24h
± 0.002
(ppm)
Porciento de
Humedad
Tiempo máximo
de Ciclo (min)
Desplazamiento
del Span
24h(%EC)
1.0
Voltaje
(VCA / 60 HZ)
100%
1.0
105 – 115
Equipo para muestreo de partículas.
Existe una cantidad importante de redes manuales que utilizan muestreadores de alto
volumen para determinación de Partículas Suspendidas Totales (PST) y partículas
iguales y menores a 10
m (PM10). Aunque se han ido sustituyendo por métodos
124
automáticos de muestreo y medición, los métodos manuales continúan estableciendo
una referencia en la medición de la concentración de partículas y presentan la ventaja
de permitir el análisis físico químico de las muestras recolectadas.
Principio de muestreo y medición.
El método manual de muestreo para la determinación de la concentración de partículas
suspendidas totales en el aire ambiente que se ha usado tradicionamente, tanto en
USA como en México, es el denominado de alto volumen, establecido en la NOM-035SEMARNAT-1993. El método consiste en hacer pasar aire ambiente a una tasa de flujo
de aproximadamente 1 metro cúbico por minuto a través de un filtro de fibra de vidrio
montado bajo una cubierta protectora que evita que caiga material directamente sobre
el filtro. El muestreo se lleva a cabo de manera continua durante 24 ± 1 horas. En el
filtro, que ha sido previamente acondicionado a las mismas condiciones de temperatura
y humedad en las que se acondicionará la muestra, se retienen las partículas
suspendidas (de diámetro inferior a unos 50
m). Cada muestra se pesa en un
ambiente de temperatura y humedad controladas restando del peso del filtro con
muestra el peso del filtro antes del muestreo con lo que se obtiene el peso de la
muestra. La concentración de PST en el aire ambiente se calcula dividiendo la masa de
las partículas recolectadas entre el volumen total de aire muestreado corregido a
condiciones de referencia y se expresa en microgramos por metro cúbico de aire.
La frecuencia tipica de muestreo empleando este método es de cada seis días pero en
casos especiales se hace un muestreo cada tercer día.
Para el método de muestreo y medición manual de las PM10, las muestras se recolectan
y se pesan de la misma manera que se hace con las de PST pero usando un
muestreador de alto volumen acoplado con un cabezal que selecciona las partículas por
tamaño. En este cabezal se aprovechan las propiedades aerodinámicas de las
partículas de diferentes diámetros para asegurar que sólo aquellas con diámetro inferior
a 10
m sean recolectadas.
En la Figura 1.7 se muestra uno de los tipos de muestreador de alto volumen acoplado
con un cabezal y los demás equipos periféricos que lo integran (para mover el aire un
par motor - bomba; un registrador de flujo y accesorios para sujetar el filtro), Fuente:
ACGIH (1989).
125
Figura 1.7. Muestreador de alto volumen con cabezal.
Es importante señalar que de las muestras obtenidas es posible efectuar análisis
complementarios para la caracterización de los aerosoles, siendo los más comunes el
plomo, sulfatos y los nitratos.
Especificaciones.
En la Tabla 1.5 se encuentran las especificaciones técnicas del método de muestreo y
medición.
Tabla 1.5 Especificaciones del método manual de muestreo y medición de PST y
PM10 en aire ambiente.
Alto Volumen
Principio de
(Método de
Muestreo
Referencia)
Principio de Medición
ó Detección
Límite de Detección
inferior (g/m3std)
Gravimetría
2.0
3a5
Precisión (%)
Flujo de operación
1.1 - 1.7
(m3std/min)
Tiempo de Muestreo
(h)
126
24±1
Equipos para muestreo automático y monitoreo de partículas.
Adicionalmente a los métodos gravimétricos tradicionales, la USEPA reconoce métodos
semicontinuos o continuos equivalentes al método de referencia. El semicontinuo es
mediante la atenuación de radiación beta. Estos muestreadores tienen la ventaja de
que pueden transmitir la información en tiempo real o cercano al tiempo real.
Muestreadores de PM10 o de PM2.5 por el principio de atenuación
beta.
El método de atenuación beta para la determinación de PM10 es el de mayor uso en las
redes de monitoreo que operan actualmente en el país.
En estos muestreadores el aire ambiente se introduce al sistema mediante una bomba
a través de un sistema de corte para permitir la entrada sólo a partículas de diámetro
inferior a 10
m o a 2.5
m depositando las partículas en el filtro (una cinta de fibra de
vidrio). Se hace pasar radiación beta de bajo nivel a través de la cinta y las partículas
depositadas. La capa de partículas, que va en aumento, reduce la intensidad del haz de
radiación beta en la sección. Por lo general se emplean cámaras de ionización como
detectores. La señal eléctrica de salida es proporcional a la masa real muestreada. La
concentración se calcula a partir del aumento temporal de la masa de partículas.
En algunos de estos monitores se usan ciclos de medición durante los cuales el filtro
cargado se debe transportar para sacarlo del sistema. Un nuevo ciclo empieza cuando
una sección limpia de la cinta se coloca en la posición de medición. Estos monitores se
clasifican como semicontinuos.
Otros son capaces de medir la masa y la concentración de las partículas en el filtro
usado de manera continua ya que la recolección y la medición se hace en una sola
posición de la mancha en el filtro. Éstos se consideran monitores continuos.
En la Tabla 1.6 se encuentran las especificaciones técnicas del método de muestreo y
medición.
Tabla 1.6. Especificaciones del método de absorción de radiación beta.
Principio de Medición
127
Absorción de
Radiación Beta
ó Detección
Límite de Detección
inferior (g/m3std)
10.0
3 (24 h)
Precisión (%)
Flujo de operación
18.9
(lpm)
Tiempo de Muestreo
Semi continua
(h)
1.0
Microbalanza oscilante de elemento agudizado (TEOM, Tapered
Element Oscillating Microbalance).
El muestreador TEOM (Microbalanza de Elemento Aguzado Oscilante,
Tapered-
Element Oscillating Microbalance) mide la cantidad de masa recolectada de una
muestra de aire a una velocidad casi continua. La partícula se recolecta en un extremo
de un elemento hueco, aguzado, que tiene su otro extremo fijo. La frecuencia de
vibración del elemento cambia a medida que se acumula masa en el extremo libre, en
proporción directa a la masa. La cantidad de masa en la muestra recolectada se calcula
a partir del cambio en la frecuencia del elemento en un período de tiempo fijo. El control
de la tasa de flujo se hace mediante dos controladores de flujo másico: uno para el flujo
de la muestra, de unos tres litros estándar por minuto y el otro para un flujo auxiliar para
cumplir con las especificaciones de diseño de la entrada de muestra. La concentración
del aerosol se determina a partir de la masa recolectada, la tasa de flujo de la muestra y
el tiempo de recolección de muestra. Se expresa como concentración a las condiciones
estándar de 25°C y una atmósfera. La tecnología de elemento aguzado permite hacer
determinaciones de masa muy precisas con mayor resolución que las microbalanzas
convencionales.
Criterios para la selección de equipos.
Cualquier equipo o instrumento para la medición de la calidad del aire ambiental
requiere una selección cuidadosa. No basta sólo con las especificaciones técnicas del
equipo.
128
Los parámetros instrumentales son cuantificados fácilmente y, por lo tanto, mostrados
por los fabricantes como las bondades del equipo en cuestión, estos incluyen
especificaciones tales como exactitud y precisión, ruido, deriva, y rango de detección.
En particular deben considerarse los siguientes aspectos:
•
costo inicial y costos de operación;
•
ventajas del principio de medición;
•
precisión y exactitud del método empleado;
•
sensibilidad del analizador;
•
posibilidades de interferencias presentes en el sitio de muestreo;
•
requerimientos de gases de calibración y otros insumos; y,
•
requerimientos de mantenimiento.
Existe una gran variedad de monitores automáticos en el mercado. Se recomienda
elegir un equipo que cuente con aprobación EPA, que tenga servicio técnico en México
y que corresponda a una tecnología que asegure una vigencia por al menos unos 8
años de uso.
Instalación de equipos.
Al recibir cualquier equipo nuevo el usuario deberá leer cuidadosamente el manual de
operación correspondiente y seguir todas las instrucciones en cuanto a:
•
desempaque y verificación de todos los componentes que han sido recibidos;
•
revisión de posibles daños durante el transporte;
•
verificación de conexiones (mangueras y conexiones eléctricas);
•
instalación;
•
calibración;
•
operación;
•
programa y procedimientos de mantenimiento preventivo;
•
listado de fallas más comunes y acciones correctivas;
•
lista de accesorios y de partes de refacción y
129
•
diagrama.
Se deberán instalar los equipos siguiendo las instrucciones descritas en el manual del
mismo y utilizando la configuración adecuada, según lo establecido en el Manual 2.
Puesta en marcha de los equipos.
Una vez instalado el equipo se le debe someter a pruebas de operación, calibrarlo y
verificar que funcione correctamente. Se deben revisar las especificaciones de
desempeño tales como tiempo de respuesta, ruido, desplazamiento del cero y del span
y precisión. La aceptación o el rechazo del equipo deben basarse en los resultados de
estas pruebas de desempeño. Una vez aceptados se debe tener en cuenta que los
analizadores y otros equipos deben tener una garantía por parte del fabricante para
operar dentro de dichas especificaciones, por lo menos un año con garantía de
mantenimiento y existencia de refacciones de tres a cinco años además de que el
modelo de que se trate deberá seguir fabricándose por un lapso de diez años.
Operación.
Procedimientos operativos y manuales de operación.
Un procedimiento operativo (PO) es un documento detallado y bien estructurado en el
que se describen, etapa por etapa, las actividades relativas a los métodos de prueba o
a otras actividades como, por ejemplo, la revisión de datos y la formulación de reportes.
Un PO bien elaborado representa una herramienta de suma utilidad en las practicas de
monitoreo o en las de laboratorio toda vez que reduce la recurrencia de errores, facilita
las tareas de operación, mantenimiento y calibración y sirve incluso para fines de
capacitación y entrenamiento para el personal de nuevo ingreso.
Los POs deben desarrollarse de manera específica para cada Sistema de Monitoreo
Atmosférico ya que dependen de las características tecnológicas y de los
requerimientos técnicos que demanden cada uno de los equipos e instrumentos con los
cuales fueron conformadas las estaciones de monitoreo, el centro de cómputo, los
laboratorios de calibración y los talleres de reparación y mantenimiento.
Los procedimientos
de operación están especificados en los manuales de
mantenimiento y operación del(los) fabricante(s) de los equipos de cada estación por lo
que en el presente documento no se presentan sus detalles. Estos manuales
130
constituyen el medio más específico de información para realizar las labores de
operación, calibración y mantenimiento de todos los equipos.
Los POs son documentos que forman parte del SGC de una organización y por lo tanto,
deben ser revisados, actualizados y autorizados para su emisión por las áreas
responsables de estas tareas.
Se debe tener especial cuidado en lo relativo al resguardo de los documentos originales
bajo procedimientos de control de documentos establecido en el sistema de gestión de
calidad (SGC).
Elaboración de los POs.
Un PO es escrito con la finalidad de que una actividad específica sea desempeñada
consistentemente por cualquier personal de la organización y en cualquier momento.
Para decidir si una actividad específica es candidata para desarrollarla en un PO se
puede auxiliar contestando las siguientes dos preguntas:
•
¿la actividad específica afecta significativamente los datos o la generación de los
mismos?
•
¿la actividad específica es repetitiva o rutinaria?
Si la respuesta a ambas preguntas es si, entonces es recomendable desarrollar un PO
para la actividad específica.
Probablemente la tarea más difícil en el desarrollo de un PO es la ubicación del usuario
apropiado. Los POs deben ser escritos a nivel del usuario final.
Muy pocas rutinas de laboratorio o campo pueden ser descritas completamente en un
solo PO. Algunas requerirán de varios POs y decidir cuál es la mejor división de los
temas para cada uno depende de una planeación adecuada. En general, la existencia
de un PO para cada uno de varios pequeños segmentos es mejor y más fácil de escribir
que un enorme PO para una actividad en su totalidad.
Para la elaboración de un PO es necesario considerar algunos elementos básicos; los
cuales se muestran en la Figura 2.1.
131
Figura 2.1. Elementos básicos para la elaboración de un PO.
•
Procedimientos del SGC.
Este documento establece las directrices, estructura y formato que deben contener
todos los procedimientos operativos de la organización y forma parte de los
procedimientos generales del SGC de una organización. En él se especifican los
procedimientos de codificación, el contenido de los recuadros en términos de vigencia,
fecha de emisión, revisiones y número de páginas.
•
Métodos de prueba.
Algunos de los métodos de prueba que se aplican en los Sistemas de Monitoreo
Atmosférico corresponden a Normas Oficiales Mexicanas, Normas Mexicanas, Métodos
de la USEPA, etc. que deben utilizarse para extraer los aspectos técnicos más
relevantes e integrarse en forma estructurada al procedimiento operativo.
•
Manual del equipo.
En la práctica del monitoreo del aire los manuales o instructivos de operación y
mantenimiento de los equipos de muestreo, analizadores, calibradores, entre otros
representan la fuente primordial de información para la elaboración de los
procedimientos operativos ya que de ellos se extraen las instrucciones específicas para
su instalación, operación, mantenimiento y detección de fallas.
Dado que en la mayoría de los casos dichos manuales están en inglés, es muy
importante que los aspectos más relevantes o resúmenes de determinadas secciones
132
sean traducidos al español e incorporadas en forma clara a la estructura del PO en
elaboración. Cuando la cantidad de información contenida en el manual sea muy
abundante se puede optar por sólo hacer referencia en el PO a las secciones del
manual del instrumento que correspondan a la ejecución de las actividades de que se
trate. Cabe mencionar que, en algunos casos, los equipos carezcan de manuales, las
recomendaciones del fabricante pueden diferir de las operaciones de la organización,
los manuales puedan estar escritos en un lenguaje complejo y excesivamente técnico o
que esté escrito en otro idioma; por lo que lo más conveniente es tener la actividad
descrita en el idioma y la forma en que lo domine el usuario final.
•
Prácticas internas de la organización y recursos.
Los POs deben contener una descripción detallada (paso a paso) de la forma en que se
realizan las actividades de muestreo, monitoreo, calibración o mantenimiento aplicables
según las prácticas operativas de la organización. Asimismo, dichas instrucciones
tendrán que ser específicas de acuerdo a las características del equipo de que se trate
y a los formatos de registro o listas de verificación que se utilizan. En términos de
sistemas de calidad, se establece que los procedimientos operativos deben incluir la
descripción de las actividades en la forma en que son llevadas a cabo en la práctica.
Estructura de los POs.
Los PO’s deben estructurarse de acuerdo con el equipo de que se trate. A continuación
se muestra un ejemplo de un PO típico:
I. Alcance y Aplicabilidad.
II. Definiciones.
III. Personal.
IV. Resumen del Método.
V. Equipos y Materiales.
VI. Recolección de muestra.
VII. Método de Calibración.
VIII. Interferencias.
IX. Seguridad.
133
X. Precauciones.
XI. Detección de Fallas.
XII. Adquisición de Datos y Cálculos.
XIII. Manejo de Datos y Registros.
XIV. Control de calidad (criterios y verificación).
XV. Referencias.
Este ejemplo es solo uno de varios. La estructuración de un PO dependerá del
procedimiento en particular.
Procedimientos de inspección de rutina en las estaciones de monitoreo.
Una inspección de rutina es un recorrido programado para supervisar las estaciones de
monitoreo atmosférico y su operación. Uno de los principales propósitos es verificar la
adecuada operación del equipo de medición y el de adquisición de datos para asegurar
la colección de datos válidos y completos. Un segundo propósito es verificar la continua
seguridad y protección de la estación y sus alrededores.
Durante el recorrido se llevan a cabo tareas generales, descritas a continuación.
Inspección de la estación.
Exterior de la estación.
Se debe inspeccionar el exterior de la estación, buscando evidencia de alguna forma de
contaminación como humo o mal olor, inclusive las inmediaciones deben estar limpias,
sin residuos líquidos o sólidos. Debe comprobarse el buen estado de la toma de
muestra así como de la torre meteorológica.
En el caso de que haya árboles en la proximidad de la estación y que las ramas estén
cerca de la cabina debe verificarse que éstas no obstaculicen el paso de la corriente de
aire hacia la toma de muestra ni interfieran con el funcionamiento de los medidores de
velocidad y dirección de viento. En caso contrario las ramas deben podarse. Todas
estas observaciones deben registrarse en la bitácora de la estación.
134
Interior de la estación.
En el interior, revisar que los equipos de control y monitoreo de las condiciones
ambientales de la estación se encuentren operando adecuadamente. Se debe medir el
voltaje de salida hacia los equipos e instrumentos. Debe revisarse si hay indicios que
señalan anormalidades en la operación de los equipos, como ruidos y olores extraños,
en su caso, debe revisarse cuidadosamente el o los equipos afectados para tomar de
inmediato las acciones correctivas necesarias, como mantenimiento o incluso envío a
reparación.
La temperatura del interior debe mantenerse dentro del intervalo establecido,
generalmente por debajo de los 25°C. En caso necesario, se ajusta la temperatura por
medio de la programación del aire acondicionado. Sin embargo, cuando la temperatura
del exterior aumente en verano debe ajustarse la programación de la temperatura del
interior de manera que haya una diferencia máxima de 8°C entre el exterior sin permitir
que el aire del interior se enfríe demasiado, ya que en algunas oraciones la humedad
contenida en la muestra se condensa y acumula dentro de la tubería.
Inspección rutinaria del sistema de muestreo y medición.
Los trabajos de verificación y mantenimiento rutinarios se pueden clasificar en:
verificación de la operación normal de los equipos; verificación de los datos recopilados
hasta el momento; reemplazo de los consumibles; registro de los trabajos realizados.
Muestreo manual de partículas.
Dado que se recomienda al menos una visita a la semana, si la estación cuenta con
muestreo de partículas en alto volumen, se debe revisar que el equipo esté operando.
Revisar el voltaje del suministro de energía al equipo, el flujo y que no exista alguna
obstrucción para la toma de la muestra.
Muestreo automático de partículas.
Para el caso del muestreo automático de partículas, la programación de la visita al sitio
dependerá del tipo de muestreador que se utilice. En algunos casos los instrumentos
cuentan con un medio filtrante que puede durar por un largo periodo; en otros, habrá
que cambiarlos con mayor frecuencia. Se debe revisar que el medio filtrante para los
135
muestreadores automáticos de partículas esté siempre disponible para evitar la pérdida
de información.
Monitoreo de gases.
Toma de muestra múltiple, bombas y extractores.
Se debe examinar la toma y múltiple de muestra, las líneas de transferencia y los filtros
de entrada por acumulación de polvo y remplazar o limpiar según se requiera. Examinar
los sellos en el sistema de muestreo, los filtros y agentes desecadores y reemplazarlos
si se requiere
En ocasiones, dependiendo del sitio de monitoreo, se presenta acumulación de
partículas en el múltiple de muestra. Éste debe ser revisado en cada visita para detectar
y eliminar una acumulación de suciedad que pueda obstruir la entrada de la muestra o
interferir en el resultado. Es importante también revisar que desde la toma de muestra
hasta la extracción de la misma no existan fugas ni infiltraciones. Se debe verificar que
el sistema de extracción o bombeo, según sea el caso, de la muestra se encuentra
operando adecuadamente. Se recomienda revisar el voltaje de entrada a estos
sistemas para detectar alguna variación significativa que pudiera alterar el flujo de la
muestra. Revisar la trampa de humedad y vaciarla cuando sea necesario.
Verificación de tiempos de residencia.
El flujo a través del múltiple de distribución debe ser suficiente para mantener el tiempo
de residencia de la muestra menor a 20 segundos. El flujo no debe ser tan alto como
para generar una presión dentro del mánifold una pulgada de agua por debajo de la
ambiente.
Es recomendable que el tiempo de residencia en la línea del analizador al múltiple sea
menor a 10 segundos. Si el volumen del múltiple no permite que esto ocurra, entonces
se debe utilizar otro sistema de extracción para disminuir el tiempo de residencia.
El tiempo de residencia en el múltiple de distribución está determinado de la siguiente
manera:
136
Determinar el volumen total.
VT = Cv + Mv + Lv
Donde:
Cv: Volumen de la toma de muestra;
Mv: Volumen del múltiple de muestra y la trampa de humedad;
Lv: Volumen de las líneas de los instrumentos.
Cada uno de los componentes del sistema de muestreo debe ser medido
individualmente. Para medir el volumen de los componentes, utilizar la siguiente
ecuación.
2
⎛d ⎞
V =π⎜ ⎟ × L
⎝2⎠
Donde:
V: Volumen del componente;
d: Diámetro interior del componente;
L: Longitud del componente.
Una vez que el volumen total es determinado, éste se divide entre el flujo de todos los
instrumentos. Esto dará como resultado el tiempo de residencia. Si es mayor a 10
segundos, entonces se deberá colocar un sistema de soplado o bombeo para
incrementar el flujo y disminuir el tiempo de residencia (USEPA).
Analizadores.
Inspección física.
Se debe revisar si hay indicios que señalan anormalidades en la operación de los
equipos, como ruidos y olores extraños, en su caso, debe revisarse cuidadosamente el
o los equipos afectados para tomar de inmediato las acciones correctivas necesarias,
como mantenimiento o incluso envío a reparación.
137
Revisión de los parámetros de operación.
Es posible verificar la operación de los analizadores por medio de las lecturas de los
sensores internos para medir la temperatura, la presión y la velocidad de flujo. Ésta
puede hacerse mediante la lectura directa de los medidores de los equipos o mediante
la lectura obtenida en la pantalla del analizador. En caso de que el analizador cuente
con función de autodiagnóstico si el sensor detecta algún error una señal de alerta se
despliega en la pantalla de manera automática. Además de la temperatura, la presión y
la velocidad de flujo, se pueden revisar otros parámetros de operación de los
analizadores, los cuales dependerán del tipo de contaminante, marca y modelo del
analizador. Normalmente estos parámetros pueden encontrarse en los manuales de
operación del equipo.
Verificación del estado de la calibración.
Como medida de control de calidad, es conveniente realizar en cada visita una
verificación de la calibración. Este control puede realizarse mediante las verificaciones
de cero y span, descritas en el punto 4.3 del presente documento.
Las verificaciones de cero y span son utilizadas para la observación del desempeño de
los analizadores y la estabilidad de la calibración. Deben realizarse al menos una vez a
la semana para todos los analizadores de gases. Si algún analizador presenta una
desviación mayor a ± 15% de los valores de control de la última calibración se requiere
una calibración multipunto. Si algún equipo cuenta con verificación automática de cero y
span, éstas deben programarse para que se lleven a cabo durante las primeras horas
de la mañana, a menos que los niveles de contaminación en el sitio durante ese periodo
sean significativos, el objetivo es minimizar la pérdida de datos significativos.
Inspección del sistema de transmisión y almacenamiento de datos.
Transmisión de los datos.
Hay veces que surgen problemas imposibles de ser detectados por los sensores de los
analizadores. Como una manera de determinar si la medición se está realizando de
manera normal resulta sumamente efectivo hacer la revisión visual de los datos
recopilados hasta el momento. La inspección visual de los datos también es útil para
determinar una correcta adquisición de los mismos.
138
Entre esos datos (que normalmente cubren el periodo de una semana medida desde el
más reciente mantenimiento y/o verificación realizado hasta el momento) se deberá
verificar la variación de la concentración con el tiempo.
La concentración observada varía en función de varios parámetros como son el entorno
de la ubicación de la estación (si se trata de una zona urbana, suburbana o si en las
cercanías existe una o más fuentes de emisión de importancia); las variaciones en las
condiciones meteorológicas (temperatura, precipitaciones, dirección y velocidad del
viento) e incluso variaciones en las concentraciones debidas al comportamiento de las
fuentes de emisión mismas (por ejemplo, en los sitios donde las emisiones vehiculares
influyen en forma importante en los niveles de contaminación local, es frecuente que
coincidan los patrones de variación de las concentraciones de NOX, CO y PM10).
Analizador – Almacenador de datos. Comparación de las lecturas
del analizador con las lecturas del almacén temporal de
datos.
Se debe revisar la correcta adquisición de los datos mediante la comparación entre las
lecturas reportadas del analizador y las reportadas por el sistema de adquisición de
datos (SAD). En el caso de que la conexión entre analizador y SAD sea de manera
analógica, es conveniente revisar el voltaje de la salida de señal del analizador con
ayuda de un multímetro.
Almacenamiento de datos.
Revisión de los datos en el almacén temporal.
Verificar que la entrada de datos sea trazable dependiendo de la persona que cargue o
maneje los datos. Verificar que los instrumentos que están transmitiendo los datos sean
identificables. Cualquier cambio en la entrada de datos después de la entrada inicial
debe tener una marca que indique que es un nuevo valor de entrada e indicar el antiguo
valor y los datos de la persona que hizo el cambio.
Verificar la existencia y
actualización de las hojas de datos crudos, registros y memorias, notas o copias
exactas que son lo originales de las observaciones y que son indispensables para
reconstruir y evaluar estas observaciones. Los datos crudos pueden incluir fotografías,
impresiones y grabaciones de datos que provengan de los equipos automáticos.
139
Documentación de visitas.
Cada estación debe contar con una bitácora donde se registre la cronología de los
eventos
que
ocurren.
La
bitácora
es
de
suma
importancia
para
soportar
documentalmente los problemas y sus soluciones. Se recomienda que estas bitácoras
contengan anotaciones más de tipo narrativo que detalles de tipo técnico ya que los
aspectos técnicos deben registrarse en la correspondiente bitácora de cada instrumento
o formatos preestabecidos. Los aspectos que debe incluir la bitácora de una estación
de monitoreo son los siguientes:
•
Registro de visitas (fecha, hora y nombre y firma del personal que acude al sitio).
•
Descripción del propósito de la visita al sitio (p.ej., calibración de instrumentos,
reparación de un analizador, etc.)
•
Breve descripción del tiempo (p.ej., despejado, nublado, lluvia etc.)
•
Descripción breve de cambios en los alrededores del sitio que puedan afectar los
datos (p.ej, si hay un auto cercano que pueda explicar los valores elevados de
NOx).
•
Cualesquiera ruidos o vibraciones inusuales, o cualquier otro evento extraño.
•
Información detallada de los instrumentos o equipos periféricos que requieren
mantenimiento o que presentan fallas.
Durante cada visita del técnico a la estación debe documentar todas las actividades en
la bitácora y llenar las listas de verificación, formatos preestablecidos donde se incluyen
preguntas que abarcan varias páginas y que requieren una respuesta de su parte. Con
estas respuestas se garantiza que el técnico haga una revisión general de los
conceptos y/o aspectos más relevantes de la operación de los equipos, sobre todo de
aquellos relacionados con la validación de datos y en general con los objetivos de
calidad.
.A continuación se describen algunos de las directrices que se recomiendan para
asegurar que los registros de una bitácora sean útiles para cualquier revisión:
•
La bitácora no debe retirarse del sitio.
140
•
Las hojas de la bitácora no deben ser fácilmente desprendibles. Deben estar
foliadas y contar con copias de papel carbón, de modo que la página original
permanezca en el cuaderno.
•
Todos los datos deberán escribirse con tinta y con letra legible.
•
Durante cada visita deberá registrarse la fecha, hora de llegada y hora de salida
del técnico en la parte superior de la hoja.
•
Todos los eventos deberán describirse con el mayor detalle posible para facilitar
su interpretación por parte de terceros ya que cualquier información no registrada
en tiempo y forma podría perderse.
•
Si es necesario desactivar algún equipo se deberá registrar la hora exacta, tanto
del apagado como del encendido y explicar la razón de estas acciones.
•
Se deberá registrar la hora exacta del inicio y terminación de las calibraciones y
anotar si los resultados de calibración estuvieron dentro de los límites de control
establecidos.
•
Describir todas las operaciones, sean de rutina o eventuales, de mantenimiento,
atención a fallas, reparaciones y sustitución de equipos, anotando la hora exacta
de inicio y de terminación de la actividad.
•
En su caso, registrar la hora y fecha de colocación y retiro de filtros de
muestreadores manuales de PST ó de
PM10, incluyendo el número de
identificación del filtro, del muestreador y el flujo medido al final de la corrida.
•
Registrar cualquier condición anormal sobre el tiempo y/o el ambiente,
incluyendo tolvaneras, contaminación significativa, olores inusuales, precipitación
o vientos fuertes, tránsito excesivamente pesado, etc.
En las tablas 2.1 a 2.3 se presentan ejemplos de las listas de conceptos que son objeto
de revisión por parte del operador: Temperatura, Velocidad del viento y Analizadores.
141
Tabla 2.1 Lista de revisión del operador - TEMPERATURAS
ESTACION__________OPERADOR_______________FIRMA________________MES
_______
Escribir SI o NO en la celda que corresponde a cada pregunta.
FECHA
TEMPERATURA
I. Temperatura exterior
A. ¿Coincide la temperatura reportada en la
pantalla con las condiciones actuales?
II. Temperatura interna
A. ¿Coincide la temperatura indicada en la
pantalla con las condiciones en el interior?
B. ¿Están las temperaturas max/min del
termómetro en el interior entre 23º C y 26º C?
C. ¿El climatizador realiza su ciclo
correctamente?
1. ¿Se ha llevado a cabo la limpieza del filtro del
climatizador recientemente?
COMENTARIOS
Si algún componente del climatizador no opera correctamente, describir los detalles en esta
sección con fecha y hora.
142
Tabla 2.2. Lista de revisión del operador – VELOCIDAD HORIZONTAL DEL VIENTO
ESTACION__________OPERADOR_______________FIRMA________________MES
_______
Escribir SI o NO en la celda que corresponde a cada pregunta
FECHA
VELOCIDAD DEL VIENTO
I. ¿Concuerdan los valores de velocidad del
viento reportadas con las condiciones actuales?
II. Operación del anemómetro
A. ¿Están las copas dobladas o dañadas?
B. ¿Están las copas en buen estado?
C. ¿Están los bordes del sensor bien?
COMENTARIOS
Si alguna parte del sistema no esta operando correctamente, favor de escribir los detalles en esta
sección con fecha y hora
143
Tabla 2.3. Lista de Revisión del operador - ANALIZADORES
ESTACION__________OPERADOR_______________FIRMA________________MES
_______
Escribir SI o NO en la celda que corresponde a cada pregunta
FECHA
ANALIZADOR DE
Flujo de muestreo
Flujo correcto ______________
*puede ser necesario tapar el rotámetro para ver
bien la lectura
A. ¿Esta encendida la bomba de muestreo?
II. Sistema de calibración
A. Bomba y analizador encendidos
B. Switch remoto en posición Auto
C. prueba de calibración de flujo correcto
*puede ser necesario tapar el rotámetro para ver
bien la lectura del rotámetro
D. posición de ajuste
Posición correcta ________________
III. Se ha efectuado cambio de filtro en la entrada
de muestra en los últimos 30 días
IV.¿Display encendido?
V. El Menú de controles muestra correctamente
las opciones
VI. Ventilador operando
COMENTARIOS
Si alguna parte del sistema no esta operando correctamente, favor de escribir los detalles en esta
sección con fecha y hora.
144
Bitácoras de equipo.
Cada instrumento y equipo de apoyo debe tener una bitácora de servicio. La bitácora
debe estar en un cuaderno foliado y de ser necesario, complementarlo con una carpeta
en la que se conserven formatos ya establecidos, por ejemplo, para calibración y
mantenimiento. En todos los casos deben registrarse en la bitácora fechas, horas y
otros datos que permitan la rastreabilidad.
La bitácora debe contener el historial del instrumento, iniciando con la fecha de
instalación y activación, registrando cualquier actividad de calibración, mantenimiento,
reparación o cambio de ubicación, describiendo con todo detalle los trabajos realizados
y sus resultados.
En caso de cambio de ubicación por cualquier causa, el instrumento debe ir siempre
acompañado de su bitácora ya que la información que contiene será de mucha utilidad
para quién lo reciba y facilitará la aplicación de acciones preventivas y/o correctivas.
Seguridad y planes de emergencia.
Además de los programas de mantenimiento y calibración se deberán establecer
procedimientos específicos de seguridad tanto para proteger la integridad física de los
operadores como para garantizar la seguridad de la infraestructura de las instalaciones
remotas (las casetas de monitoreo) y la de los sitios de resguardo del equipamiento
propio de la instalación. Asimismo, deben disponer de procedimientos e instrucciones
precisas para la atención de emergencias que pongan en riesgo la integridad de la
información o bien del equipamiento, así como del personal operativo. En los siguientes
dos apartados se enuncian los aspectos relacionados con estos temas que se han
considerado de mayor interés.
Seguridad en las instalaciones.
El personal que realice rutinas de mantenimiento, calibración y supervisión en la
operación de sistemas de monitoreo deberá contar con equipo de protección personal
adecuado para la realización de actividades identificadas como riesgosas a través de
un análisis de riesgo elaborado para tal fin.
145
El personal operativo deberá contar con los medios suficientes para la ejecución de las
actividades previstas en las estaciones de monitoreo, así como con vehículos
suficientes y en condiciones de mantenimiento y seguridad apropiadas para el
transporte de personal, equipos y herramientas a las instalaciones, siendo importante
considerar que en muchas ocasiones deben efectuarse traslados nocturnos.
Es recomendable que las áreas de operación, mantenimiento, almacenamiento, transito
y accesos peatonales, deben estar delimitadas y bien definidas, en la medida de lo
posible. Asimismo deben instalarse anuncios alusivos a la seguridad y a la identificación
de zonas que se determinen como de riesgo sobre todo en cuanto a la restricción de
acceso para personal no autorizado.
Tanto las instalaciones centrales como las estaciones de monitoreo deberán contar con
extintores acordes al tipo de riesgo de incendio y su carga y vigencia deberá ser
controlada dentro de las rutinas de mantenimiento. Su instalación y localización deberá
apegarse a las normas de seguridad vigentes en México.
Las instalaciones eléctricas permanentes de la estación de monitoreo deben contar con
dispositivos termo magnéticos de corte de energía así como señales de acuerdo al
voltaje y corriente de la carga instalada. Los tableros de distribución de energía eléctrica
deben estar señalizados e identificados de acuerdo con la normatividad vigente. Por
otra parte, las estaciones deben contar con sistemas de pararrayos en donde sea
aplicable. En caso de que la electricidad estática represente un riesgo para el personal
se debe controlar de conformidad con las normas correspondientes.
Figura 2.2. Tablero de distribución de energía eléctrica
en una estación de monitoreo.
146
En caso de que se manejen solventes y/o otros materiales o sustancias químicas
peligrosas dentro y fuera de las estaciones de monitoreo debido a las operaciones de
mantenimiento o de operación este manejo debe realizarse en condiciones técnicas de
seguridad para prevenir y evitar daños a la salud del personal, así como daños a las
instalaciones. Se debe disponer de instrucciones precisas para no almacenar en forma
temporal dichas sustancias en las casetas de monitoreo ni en áreas de resguardo del
equipamiento o de la información.
En caso de estaciones de monitoreo donde se manejen y almacenen sustancias de
riesgo, gases inflamables, combustibles o sustancias explosivas, se deben colocar
señales y avisos en lugares visibles, que indiquen la prohibición de fumar, introducir
fósforos, utilizar dispositivos de llamas abiertas, objetos incandescentes y cualquier otra
sustancia susceptible de causar incendio o explosión. También debe garantizarse la
apropiada sujeción de tanques de gases comprimidos en el interior.
Figura 2.3. Cilindros de gases comprimidos sin sujeción
en una estación de monitoreo
Los residuos sólidos generados durante la estancia de los operadores en las estaciones
de monitoreo deben ser retirados frecuentemente y dispuestos en forma adecuada en
un contenedor próximo al sitio de monitoreo.
147
Para aquellas estaciones con torres meteorológicas de gran altura se deberá disponer
de un procedimiento específico de seguridad para el ascenso del personal, tanto de la
propia organización como de empresas de servicio.
Es recomendable integrar dentro de los programas de capacitación cursos básicos de
primeros auxilios para personal operativo, así como establecer un programa de
instalación y abastecimiento de botiquines de primeros auxilios.
Prácticas de seguridad en torno a las instalaciones.
Las estaciones de monitoreo atmosférico que se encuentren ubicadas en sitios públicos
o en instalaciones oficiales deben contar con especificaciones de seguridad para
salvaguardar las instalaciones, tanto de actos vandálicos como de inclemencias
meteorológicas. Se deberá contar con las siguientes medidas de seguridad:
•
La malla ciclónica perimetral que salvaguarda las instalaciones, debe tener al
menos una altura de 2.5 m y alambre de púas en la parte superior de la valla.
•
Instalar letreros en la valla perimetral de la estación que indiquen el tipo de
propiedad y los números telefónicos para solicitar o reportar información sobre la
estación.
•
Deben establecerse programas de cooperación con el personal administrativo de
las instalaciones oficiales o bien hacer del conocimiento de los vecinos el
objetivo de la estación de monitoreo y persuadirlos a participar en la vigilancia de
las instalaciones notificando de actos vandálicos o de otros eventos que pongan
en riesgo las instalaciones.
La periferia de las instalaciones deberá ser inspeccionada para prevenir posibles daños
causados por árboles u otras estructuras endebles que pudieran afectar las estructuras
vulnerables de la instalación.
Las instalaciones deberán contar con acceso restringido, así como con mecanismos
adecuados (como candados y cerraduras) para impedir el acceso de personal ajeno.
148
Mantenimiento.
Generalidades.
Las estaciones de monitoreo, ya sean fijas o móviles, representan la infraestructura
remota de los SMA por lo que requieren de buenas y oportunas prácticas de
mantenimiento preventivo debido a que los instrumentos que las conforman operan
gran parte del tiempo en ausencia de personal.
Los responsables de las entidades estatales o locales de la operación de un SMA
deben desarrollar un PMP, con la consistencia necesaria para mantener el
equipamiento de sus subsistemas (redes) operando correctamente, tanto para prevenir
reparaciones como para evitar gastos extraordinarios y el deterioro de sus equipos,
aunque lo más importante es reducir al mínimo la pérdida de información.
Mantenimiento preventivo y mantenimiento correctivo.
El mantenimiento preventivo puede definirse como la programación de inspecciones,
tanto de funcionamiento como de limpieza y calibración, que deben llevarse a cabo en
forma periódica en base a un plan establecido. Su propósito es prever las fallas
manteniendo los sistemas de monitoreo en completa operación a los niveles y eficiencia
óptimos.
La característica principal de este tipo de mantenimiento es la de inspeccionar los
equipos, detectar las fallas en su fase inicial y corregirlas en el momento oportuno. Con
un buen mantenimiento preventivo se obtienen experiencias en la determinación de
causas de las fallas repetitivas o del tiempo de operación seguro de un equipo.
Mantenimiento preventivo.
Programa de mantenimiento preventivo (para las estaciones de monitoreo).
El programa de mantenimiento preventivo (PMP) debe incluir, tanto las instalaciones
centrales de los SMA (centro de computo, laboratorio de transferencia de estándares,
taller de mantenimiento y calibración de analizadores con sus respectivas áreas para el
de almacenamiento de partes, consumibles y equipos e instrumentos) como las
instalaciones remotas que comprenden principalmente las estaciones de monitoreo con
todos sus analizadores, equipo de calibración y equipos periféricos, fuentes de energía,
149
sistemas de iluminación y de control de condiciones ambientales (temperatura y
humedad relativa).
El PMP es un proceso dinámico que debe actualizarse cuando se adquieren en nuevos
modelos o tipos de instrumentos, cuando hay cambios, ya sea en los métodos de
prueba, en los programas de cómputo o en el sistema de adquisición de datos.
Todos los componentes de las estaciones de monitoreo, que incluyen analizadores,
casetas, sistemas de acondicionamiento de aire, así como accesorios y demás equipo
de apoyo, deben tener una bitácora donde se registren todas las actividades del PMP
así como las observaciones sobre alguna reparación hecha a algún instrumento en
particular. Dichos registros debe permanecer siempre junto al instrumento donde quiera
que éste se encuentre ya que son un elemento indispensable para evidenciar la
aplicación efectiva de los programas.
En general en los PMP se deben incorporar todos los registros documentados de las
actividades de rutina de las calibraciones e inspecciones así como de las acciones de
mantenimiento correctivo realizadas debido a fallas o a eventos no programados.
Los programas de mantenimiento preventivo incluyen elementos tales como:
•
Inventarios de equipo por organización o estación.
•
Listas de partes y refacciones por equipo, incluyendo datos de los proveedores.
•
Frecuencia de inspección / mantenimiento por equipo.
•
Programas de Calibración.
•
Programas de sustitución de equipos.
•
Lugares y responsables de reparación de equipos.
•
Contratos de Servicios.
•
Registros mensuales de las actividades de prueba, inspección y mantenimiento
y formatos de ingreso de consumibles, refacciones y equipos.
•
Requisiciones y/o órdenes de compra.
•
Registros sobre movimiento o cambio de ubicación de instrumentos.
150
También es necesario considerar actividades de mantenimiento no programadas
derivadas de un funcionamiento anormal de los analizadores las cuales se identifican a
través de las rutinas de revisión programadas o bien de los propios indicadores de fallas
de los equipos y deben atenderse conforme a las instrucciones de los manuales de
operación y mantenimiento de los instrumentos.
A continuación se describen las principales prácticas y elementos que intervienen en un
programa de mantenimiento preventivo de los componentes de un sistema de
monitoreo atmosférico.
Infraestructura.
Se debe poner especial atención en los aspectos relacionados con la acumulación de
polvo, perturbaciones electromagnéticas, radiación, humedad, estabilidad del suministro
eléctrico, vibraciones y variaciones de temperatura. Las mediciones y las calibraciones
deben suspenderse cuando se presente cualquiera de estas condiciones ambientales
ya que pueden comprometer la calidad de los resultados.
En lo referente a las instalaciones centrales de los SMA’s y a las estaciones de
monitoreo, las prácticas de mantenimiento general de los inmuebles deberán orientarse
sobre todo a la prevención de su deterioro y a mejorar su imagen de acuerdo con la
importancia de sus funciones. Por lo tanto, la administración general de las
dependencias
debe
disponer
de
programas
generales
de
Mantenimiento
y
Conservación que incluya las actividades de:
•
Pintura de exteriores e Interiores
•
Impermeabilización
•
Cableado e instalaciones eléctricas generales
•
Instalaciones hidráulicas y sanitarias
•
Jardinería, en su caso
•
Ventilación General
Con dicho enfoque, además de las prácticas de supervisión, comunicación y
diagnóstico eficientes, los factores determinantes para responder en forma eficaz a este
tipo de contingencias incluyen:
151
•
Disponibilidad de Partes y Refacciones almacenadas en cantidad suficiente.
•
Disponibilidad de equipo clave sustituto (muestradores, analizadores u otros).
•
Personal entrenado y dispuesto a laborar por periodos extraordinarios.
En su caso, disponibilidad de proveedores de servicio externos competentes y
comprometidos.
Se debe dar servicio al sistema de aire acondicionado por un técnico especializado al
menos cada cuatro meses.
Sistemas de muestreo y medición.
Es importante que los procedimientos operativos de los equipos incluyan los aspectos
básicos del mantenimiento preventivo basado en los manuales de operación de cada
analizador o instrumento. Lo anterior se hace para evitar las afectaciones en la calidad
de los datos y para que la continuidad de la operación de los equipos e instrumentos se
mantenga en el nivel más alto posible.
Se debe tener en cuenta que tanto los equipos como sus respectivas partes y
accesorios tienen una determinada vida útil, la cual puede variar en función de las horas
efectivas de operación, la localización y la temporada. (p.ej. los filtros para eliminar
partículas en los analizadores se tienen que cambiar con más frecuencia en época de
secas que en época de lluvias).
Instrumentos de medición de parámetros meteorológicos.
El mantenimiento preventivo que se debe dar a los equipos de la estación
meteorológica (medición de dirección y velocidad del viento, sensores de radiación
solar así como de temperatura y humedad relativa) consiste básicamente en
operaciones de limpieza, lubricación y sustitución de partes dañadas de piezas que por
lo general presentan depósito de polvo.
En caso de que surjan anomalías en las lecturas se deberán seguir las instrucciones
específicas de los manuales de los equipos o en su caso consultar directamente a los
fabricantes.
152
Cuando un instrumento meteorológico se somete a un mantenimiento mayor deberá
verificarse la calibración después de éste. Todas las actividades de mantenimiento
deben registrarse en la bitácora del instrumento correspondiente.
En la Tabla 3.1 se encuentran algunos ejemplos de mantenimiento y periodos de
mantenimiento para los instrumentos de medición de parámetros meteorológicos.
153
Tabla 3.1. Mantenimiento preventivo de instrumentos meteorológicos.
Velocidad y dirección de viento
Concepto
Torre meteorológica.
Transmisor.
Que no tuviera anomalías en su forma.
Estado de registro.
Que no tuviera anomalías en su forma.
Método de ejecución
O
Inspección visual.
Inspección visual.
O
Prueba de precisión para
la dirección del viento.
Que no tuviera anomalías como indicaciones en
línea recta.
Menor a 10m/s es menor a 0.3m/s
Prueba de precisión para
la velocidad del viento.
O
O
O
Mayor a 10m/s es menor a 0.3%
154
Observ.
1 año
Objet
o
1 mes
Criterios de revisión/ contenido
6 meses
Frecuencia
del control
3 meses
Puntos a controlar
Detener la hélice.
Separar el cable.
Utilizar el disco de
orientación de dirección
de viento.
Utilizar el aparato de
prueba rotación para
medición de la velocidad
del viento.
Punto
cero.
Cada 45°
Cada
5m/s
Transmisor.
Que no tuviera anomalías en su forma.
O
Estado de registro.
Que haga un registro fluido.
O
Ventilador.
Que esté girando y que esté ventilando.
Radiación.
Shield.
Prueba de comparación
Assman.
Prueba de eficiencia del
convertidor.
Prueba de comparación
con el aparato de
transferencia de
estándar.
Que no tenga polvo o telaraña.
Transmisor.
Estado de registro.
Prueba de comparación
Assman.
Prueba de calibración
para la humedad.
Prueba de comparación
del aparato de
transferencia de
estándar.
Que no haya anomalías en su forma.
Que haga un registro fluido.
Inspección visual.
Inspección visual.
Inspección visual.
Humedad
Temperatura
O
O
N° de
veces.
O
Que sea menor de ±5%.
Utilizar el desecador de
humedad Assman.
Utilizar la resistencia falsa
o alterna.
O Comparar con el aparato
de transferencia de
estándar.
O
Que sea menor de ±5°C
Que sea menor de ±3%.
O
Cada
10°C
Inspección visual.
Inspección visual
O
Que sea menor de ±5%.
O
Que sea menor de ±3%.
O
Que sea menor de ±3%.
O
Utilizar el desecador de
humedad Assman.
Utilizar el Kit de
calibración para la
humedad.
N° veces.
Comparar el aparatado
de referencia
Medidor de radiación
Transmisor.
Estado de registro.
Prueba de precisión.
Que no haya anomalías en el domo de vidrio.
Que los datos picos se ubique
O
Que sea menor de ±3%.
O
O
Calibración.
Prueba de comparación con el medidor de
radiación patrón.
O
155
Insertar al convertidor de
presión falsa o alterno, y
observar el proceso
Después
de 10, 20
,30 ,60
min.
Medidor de radiación
neta
Medidor de lluvia
Transmisor.
Estado de registro.
Prueba de precisión.
Que no haya anomalías en el domo de polietileno.
Verificar la relatividad con la radiación.
O
Que esté haciendo el cambio de registro diurno y
nocturno.
O
Calibración.
Inspección visual,
reemplazo.
Inspección visual.
Inspección visual.
O
Solicitar la calibración del incinerador de cuerpo
negro.
Transmisor.
Que la forma esté normal y sin suciedad.
Estado de registro.
En el caso de la válvula de inversión, que
el cambio de los valores indicados sea
Prueba de precisión.
□
O
O
Inspección visual y
limpieza.
O
Inspección visual.
progresiva
Que sea menor de ±3%.
Cada
O
Aplicar pulsos falsos
o alternos.
156
10mm
Muestreo manual de partículas.
Se deben revisar periódicamente los carbones de los motores de succión y, en su caso,
cambiarlos. Revisar las conexiones del temporizador y regulador de voltaje. Se debe
realizar al menos una vez al mes la limpieza general del equipo con un trapo húmedo,
cuidando de no humedecer las conexiones eléctricas. También se debe verificar el
funcionamiento correcto del graficador de flujo.
Muestreo automático de partículas.
En la tabla 3.2 una guía para el mantenimiento de muestradores de partículas
suspendidas por el método de atenuación beta.
Monitoreo de gases.
Toma de muestra, múltiple, bombas y extractores.
Se debe revisar todo el sistema de conducción de la muestra, desde la toma, la
distribución a los analizadores y la salida. Se debe realizar limpieza interna y externa de
todo el sistema cada periodo de 3 a 6 meses; las partes con mayor suciedad deben ser
limpiadas cada 3 meses o antes dependiendo de la rapidez de acumulación de
suciedad.
En cada visita al sitio se debe revisar que el extractor de la muestra esté girando
adecuadamente.
Analizadores.
Los detalles de la revisión periódica que se realice por ciclo específico, varían según la
marca y los modelos, por lo que el encargado deberá estar capacitado por medio de un
programa de entrenamiento adecuado basado en el “Manual del fabricante” o bien
utilizando el “Manual de mantenimiento” elaborado de manera independiente. En el
presente documento se resumen estos aspectos y se presentan las reglas generales
para hacer la revisión, independientemente del modelo de los equipos. En las Tablas
3.3 a 3.8, se indican la descripción y las frecuencias de cada trabajo clasificadas por
concepto de medición.
157
Tabla 3.2 Guía de Mantenimiento para Muestreadores de Partículas Suspendidas - Método de Atenuación Beta
o : Revisión(incluyendo limpieza y ajuste) □: Reemplazo y suplemento
Cuerpo principal
Separador
Medidores de
flujo
Que no sea evidente la suciedad.
Doblez
Que no haya doblez.
Succión de
objetos
extraños
Limpieza de la
pared interna
del impactador
y aplicación de
la grasa
Funcionamient
o
Que no haya insecto dentro del tubo.
o
o
Inspección visual
o
o
Inspección visual
Que no haya suciedad en la pared interna ni
obstrucción del flotador.
Verificación del
flujo
Verificación del
funcionamiento
Que se pueda regular el flujo sin mayores
problemas.
158
o
o
o
o
o
o
o
1 año
o
6meses
2 semanas
o
Se limpia la pared interna y se aplica la grasa
en la placa de impacto.
Tipo flotador: lavado en la pared interna y el
flotador.
Flujo másico:
Mantenimiento
Verificar y regular el flujo real de acuerdo con
el valor preestablecido.
Lavado
Estabilizador
del flujo
o
3 meses
Suciedad de la
pared interna
1 mes
Toma de muestra
Tubo para la
toma de
muestra de
aire
Concepto
Frecuencia de
Revisión
1 semana
Criterios de revisión/Descripción
Objeto
Activación
Aspectos a Revisar
□
o
Método de ejecución
Inspección visual y reemplazo
Inspección visual y limpieza del
interior
o
Inspección visual
o
o
o
o
Lavado
Se verifica y se regula el flujo
real utilizando el medidor de
flujo de área tipo flotador
previamente calibrado.
Bomba de
succión para
la muestra de
aire
Tubería del
paso de gas
Sección para
recolectar la
muestra
Filtro
Funcionamient
o
Desarme y
revisión
Suciedad en la
pared interna
Doblez o
desvío
Adhesividad
Cantidad
restante del
filtro
Funcionamiento
general
Impresora
Estado de
enrollado
Fuente lineal
Spot
Suciedad
Detector
Suciedad
Controlador
Funcionamiento
Falta de la tinta
o cartucho
Impresión
Papel para el
registro
Verificación
de cero
Calibración
de Span
Que no haya ruidos ni vibraciones extraños.
Que la temperatura de escape no esté alta.
o
Que no haya desgaste en la placa.
o
□
Que no sea evidente la suciedad.
o
Que no haya doblez ni desvío.
o
Que el contorno del spot esté claro.
o
Que tenga la cantidad suficiente del filtro.
Que se pueda enrollar sin mayores
problemas.
o
o
Que no haya falta de tinta.
o
Que la impresión esté clara y legible.
Verificación de la cantidad restante del papel.
o
o
Cero
Estado en el momento de suspender la
succión del aire de muestra.
o
Prueba de
vacío
Prueba de capa
equivalente
Estado de succión del aire de muestra.
o
Que se pueda hacer la calibración Span
o
159
□
□
De acuerdo con la necesidad,
se desarma y se hace la
limpieza de la bomba, el
reemplazo del componente o de
la bomba.
Inspección visual y limpieza o
reemplazo
Inspección visual
o
o
Que el intervalo del spot esté estable.
Que no haya suciedad en la superficie de la
capa protectora de la fuente lineal.
Que no haya suciedad en la superficie de la
capa protectora del detector.
Que no haya anormalidad
Falta del papel
□
Inspección visual
□
□
Inspección visual y reemplazo
o
Inspección visual
o
Inspección visual
o
Inspección visual y limpieza
o
Inspección visual y limpieza
o
Verificación del funcionamiento
o
Se lava con el dispositivo
especial para este fin.
□
Inspección visual y reemplazo
o
Se verifica colocando el filtro
cero en la parte interna.
o
o
o
o
Prueba estática utilizando la
capa equivalente.
Control del
flujo
Verificación del
flujo real
Verificación y regulación del flujo real de
acuerdo con el valor programado.
o
Prueba del flujo
real
Verificar si el flujo real mantiene al
programado inmediatamente antes de la
presión diferencial límite.
o
160
o
o
o
Tabla 3.3 Analizador de SO2 (Método de fluorescencia en el ultravioleta)
○: Revisión (incluyendo limpieza y ajuste) □: Reemplazo y
suplemento
Entrada
Toma de
muestra de
aire
(tubo de
teflón)
Cuerpo principal
Filtro
Doblez de la
tubería
Fuga en la parte de
conexión
Suciedad,
obstrucción de los
orificios
Limpieza
Funcionamiento
Medidores de
flujo
□
6meses
○
○
Que no haya
doblez.
Que no haya
fuga.
Sin obstrucción
de los orificios.
Limpieza del
interior del porta
filtro
Suciedad de la
pared interna y el
flotador.
Método de ejecución
□
Inspección visual, reemplazo
Prueba de fuga
○
□
□
Inspección visual, reemplazo.
○
○
○
Indicación del flujo
1 año
Que no sea
evidente la
suciedad
3 meses
Suciedad de la
pared interna
1 mes
Concepto
Criterios de
revisión /
Descripción
2 semanas
Objeto
Frecuencia del control
1 semana
Puntos a controlar
○
Que se
encuentre dentro
del intervalo del
flujo establecido.
161
○
Inspección visual, lavado y verificación de la
alarma.
Bomba de
succión
Movimiento
Que no haya
sonidos extraños
ni vibraciones.
Flujo
Que no presente
alta temperatura.
Que mantenga
el flujo
establecido.
Que el
movimiento del
cambio de paso
del flujo sea
suave.
Verificación de la
capacidad.
Movimiento
Válvula de
cambio
Capacidad de
eliminación
○
Verificar con la vista, oído y el tacto.
○
□
○
○
Reemplazo de la válvula, entre otros.
Verificación del funcionamiento de cambio.
○
Reemplazar periódicamente.
Cortador HC
Volumen óptico
Cambio
periódico.
Volumen óptico
regulado.
□
○
Verificación del valor indicado.
Fuente óptica
Reemplazo
periódico.
Absorbente
Catalizador
Capilar.
Capacidad
Suciedad y
obstrucción de los
orificios.
Limpieza
Sección
fluorescente
Parte
fotométrica
Temperatura
□
□
Reemplazo
periódico
Que no haya
obstrucción de
los orificios.
Que se pueda
hacer la
calibración de
cero y Span.
Que tenga la
temperatura
reglamentada.
○
○
○
○
162
□
Reemplazar periódicamente.
□
Reemplazar periódicamente.
□
Lavar o reemplazar.
○
Limpiar la pared interna de la celda y el
vidrio traslúcido.
Inspección visual.
Verificar tipo de revisión
Funcionamiento
Ajuste de
cero
Funcionamiento
Funcionamiento general
Ajuste de
Span
Repetibilidad
Linealidad
Desviación
de cero
Desviación
de Span
Tiempo de
respuesta
(95%)
Funcionamiento
Funcionamiento
Funcionamiento
Funcionamiento
Funcionamiento
Que se pueda
hacer el ajuste
de cero (con una
variación de
±4ppb que la
calibración
anterior)
Que se pueda
hacer el ajuste
de Span (con
una variación
menor a ±4%
con respecto al
ajuste anterior)
±2% del alcance
de la escala
±4% del alcance
de la escala
±2% del alcance
de la escala
±2% del alcance
de la escala
1 minuto
○
○
○
Ajustar después de que se estabilicen los
valores indicados.
○
Calibrar después de que se estabilicen los
valores indicados.
○
○
○
163
○
Introducir varias veces el gas de calibración
de la misma concentración.
Introducir otras 3 concentraciones
intermedias entre cero y Span.
Introducir aire cero durante 24 horas.
○
Introducir el gas Span durante 24hrs.
○
Después de introducir el aire cero, se
introduce el gas Span y se mide el tiempo.
○
Consideraciones para el mantenimiento preventivo de un analizador automático de SO2 con principio de detección de
fluorescencia pulsada en el ultravioleta:
•
Inspeccionar el capilar cada seis meses e inspeccionar si hay presencia de polvo o de humedad. Si ése es el caso,
remojar y limpiar el capilar con agua caliente. Permitir que se seque y reinstalarlo. También se debe cambiar el
empaque (“O” ring) cada vez que se revise el capilar.
•
Practicar una prueba para detectar fugas. Para ello obturar la línea de entrada y observar la lectura del rotámetro. Si se
registra alguna lectura arriba de cero esto indica que hay fugas en el sistema.
•
Revisión de fugas 2. Revisar el diafragma de la bomba de muestreo. Si el vacío registrado durante la prueba de fugas
es menor a 10 inHg y no existen fugas en el sistema. En caso contrario se debe reemplazar el diafragma de la bomba.
164
Tabla 3.4 Analizador de NOX (Método de Quimiluminiscencia)
o: Revisión incluyendo limpieza y ajuste □: Reemplazo y suplemento)
Tubo para la
toma de
muestra del
aire (tubo de
teflón)
Filtro
(línea de
muestra)
Cuerpo principal
Medidores de
flujo
Suciedad de la pared
interna
o
□
Que no haya doblez.
o
Que no haya fuga.
o
1 año
Que no sea evidente la suciedad.
Concepto
6 meses
3 meses
Entrada
Objeto
1 mes
Criterios de revisión / Descripción
2 semanas
Frecuencia del
control
1 semana
Puntos a controlar
□
Doblez de la tubería
Fuga en la parte de
conexión
Suciedad, Obstrucción en
los orificios
Limpieza
Funcionamiento
Método de ejecución
Inspección visual y reemplazo.
Prueba de fuga.
Sin obstrucción en los orificios.
Limpieza del interior del portafiltro
□
□
Inspección visual y reemplazo.
o
Suciedad de la pared interna y el
flotador.
Indicación del flujo
Que se encuentre dentro del
intervalo del flujo preestablecido.
Que se encuentre dentro de la
presión preestablecida.
Manómetro
Indicación de la presión
Controlador del
flujo de gas
Presión y flujo
Que se encuentre dentro del
intervalo establecido.
Filtro (otras
líneas)
Suciedad, obstrucción de
los orificios, limpieza
Sin obstrucción en los orificios.
165
o
o
o
o
o
o
o
Inspección visual, lavado y
verificación de la alarma.
o
o
□
□
Inspección visual, ajuste de la
presión y verificación de la
alarma.
Verificar la obstrucción en los
orificios y los tubos capilares, así
como el funcionamiento del
regulador de presión a través del
manómetro y el medidor de flujo.
Inspección visual y reemplazo.
Bomba de
succión
Funcionamiento
Que no haya ruidos ni vibraciones
extraños y que no se encuentre en
la temperatura alta.
o
Flujo
Válvula de
cambio
Funcionamiento
Dehumedecedor para
generar ozono
Reemplazo
Procesador de
ozono
Convertidor de
NO2 → NO
Reemplazo
Funcionamiento general
Cámara de
reacción
Temperatura
Reemplazo del secador puro
permanente.
Reemplazo del adsorbente o
catalizador
Que se encuentre dentro de la
temperatura preestablecida.
Que sea mayor al 95%.
Catalizador
Limpieza
Que no haya suciedad
Temperatura
Calibración
cero
Funcionamiento
Calibración
Span
Funcionamiento
Repetibilidad
Funcionamiento
□
o
Que se pueda succionar en el flujo
preestablecido.
Que sea suave el movimiento para
cambiar el paso del flujo en la línea
de medición NO y NOx.
Reemplazo del desecante
Eficiencia de la conversión
Sección de
medición óptica
Verificar con la vista, oído y el
tacto.
Que funcione correctamente el
control de la temperatura (detector,
regulador del flujo, enfriador de
PMT, etc.).
Que se pueda hacer la calibración
cero (con una variación de ±4ppb
con respecto a la calibración
anterior
Que se pueda hacer la calibración
Span (con una variación menor a
±4 con respecto a la calibración
anterior)
±2 del alcance de la escala
166
Reemplazo de la válvula, entre
otros.
Verificación del funcionamiento
de cambio a través del sonido y el
tacto.
Se reemplaza periódicamente.
o
□
□
□
□
o
Se reemplaza periódicamente.
o
o
□
o
o
o
Se reemplaza periódicamente.
o
o
o
o
Se hace la limpieza de la pared
interna de la celda, así como el
filtro óptico (se deberá utilizar el
alcohol no fluorescente.)
Verificación de los valores
indicados.
Inspección visual.
Calibrar después de que se
estabilicen los valores indicados.
o
Calibrar después de que se
estabilicen los valores indicados.
o
o
Introducir varias veces el gas de
calibración de la misma
concentración.
Linealidad
Funcionamiento
±4 del alcance de la escala
Desviación de
cero
Desviación de
Span
Tiempo de
respuesta 95
Funcionamiento
±2 del alcance de la escala
o
Funcionamiento
±2 del alcance de la escala
o
Funcionamiento
1 minuto
o
167
o
o
Introducir otras 3 concentraciones
intermedias aparte del cero y
Span.
Introducir el aire cero durante 24
horas.
Introducir el gas Span durante
24hrs.
Después de introducir el aire
cero, se introduce el gas Span y
se mide el tiempo.
1. Suciedad en
la pared
interna
o
□
Que no haya doblez.
o
o
Que no haya fuga.
o
o
3. Fuga de la
parte de
conexión
Suciedad,
obstrucción en
los orificios
No haya obstrucción
en los orificios.
o
Limpieza
Medidor de
flujo
1.
Funcionamient
o
Válvula de
cierre
Suciedad
Obstrucción
en los orificios
1 año
o
6meses
2 semanas
1 semana
Que no sea evidente
la suciedad.
Concepto
□
Observacione
s
Inspección visual y reemplazo
Inspección visual
2. Doblez
Filtro
Cuerpo principal
3 meses
Entrada de la
muestra del
aire
1 mes
Entrada
Objeto
Arranque
Puntos a controlar
Tabla 3.5 Analizador de O3 (Método de Fotometría en el Ultravioleta)
o: Revisión (incluyendo limpieza y ajuste) □: Reemplazo y suplemento
Frecuencia del
control
Criterios de revisión
Método de ejecución
Prueba de fuga
Interior del porta
filtro
Que no haya
suciedad.
Que no haya
inmovilidad del
flotador.
Que se pueda
regular o programar
el flujo sin mayores
problemas.
□
□
Inspección visual y regulación del flujo.
o
Limpieza
o
o
o
Inspección visual y lavado
o
o
o
Se verifica operando la válvula de cierre y
se realiza la limpieza.
168
Se utiliza el
filtro
determinado.
Bomba de
succión
1.Funcionamie
nto
2. Flujo
programado
Válvula
electromagnética de 3
vías (válvula
rotatoria)
Funcionamient
o
Separador de
ozono
Funcionamient
o
Lámpara de la
fuente óptica
Que se encuentre
dentro del intervalo
de flujo programado.
Que no haya fuga.
o
o
o
o
o
o
□
Inspección visual, regulación del flujo,
desarme y limpieza, reemplazo periódico
del diafragma.
Revisión a través del medidor de flujo.
□
Reemplazo de la válvula de 3 vías (válvula
rotatoria).
□
1. Voltaje
2. Volumen
óptico
Celda para la
muestra
Tuberías
Que no haya ruidos
ni vibraciones
extraños.
Suciedad
Fuga
Que se pueda
separar el ozono y
que no tenga la
influencia de otros
elementos como la
humedad.
Que se pueda
prender en el voltaje
programado y que
no presente la
vibración.
Que no haya
suciedad ni
manchas negras en
la lámpara.
o
Reemplazo del empaque.
Verificación utilizando el gas ozono.
o
□
o
o
o
o
o
o
Que tenga el
volumen
programado.
Que no haya
suciedad.
o
Reemplazo.
Medición del voltaje (Revisión de la
indicación del voltaje).
□
Reemplazo de la lámpara.
o
o Se desarma y se limpia en forma periódica.
o
Se revisan las conexiones de las tuberías.
169
Funcionamiento general
Calibración
cero
Funcionamient
o
Calibración
Span
Funcionamient
o
Verificación de
la repetibilidad
Verificación de
la linealidad
Funcionamient
o
Funcionamient
o
Que la variación sea
menor a ± 4ppb con
respecto a la
calibración anterior.
Que la variación sea
menor a ± 4 % con
respecto a la
calibración anterior.
±2% de la escala
máxima.
±4%de la escala
máxima.
o
o
Introducir el aire purificado.
o
o
Se utiliza el generador de ozono.
o
o
Introducir 3 veces.
o
o
Introducir el gas ozono de 20, 40 y 80%.
170
Verificar la
desviación.
Verificar la
desviación.
Tabla 3.6 Analizador de CO (Método de absorción en el infrarrojo no dispersivo / Correlación de filtro)
o: Revisión (incluyendo limpieza y ajuste) □: Reemplazo y suplemento
o
□
Doblez de la
tubería
Que no haya doblez.
o
Que no haya fuga.
o
Medidores
de flujo
Fuga en la
parte de
conexión
Suciedad,
Obstrucción de
los orificios
Limpieza
Funcionamient
o
Manómetr
o
Indicación del
flujo
Indicación de
la presión
Entrada
Filtro
(línea de
muestra)
Controlado
r del flujo
de gas
Presión y flujo
Sin obstrucción en los orificios.
Limpieza del interior del portafiltro
□
1 año
3 meses
Que no sea evidente la suciedad.
Tubo para
la toma de
muestra
del aire
(tubo de
teflón)
Concepto
6meses
1 mes
Suciedad de la
pared interna
Criterios de revisión / Descripción
Objeto
Cuerpo principal
2 semanas
Frecuencia del
control
1 semana
Puntos a controlar
□
Método de ejecución
Inspección visual y reemplazo.
Prueba de fuga.
□
Inspección visual y reemplazo.
o
Suciedad de la pared interna y el flotador.
Que se encuentre dentro del intervalo del flujo
preestablecido.
o
o
Que se encuentre dentro de la presión preestablecida.
o
o
Que se encuentre dentro del intervalo establecido.
171
o
o
o
o
Inspección visual, lavado y
verificación de la alarma.
Inspección visual, ajuste de la
presión y verificación de la
alarma.
Verificar la obstrucción en los
orificios y los tubos capilares,
así como el funcionamiento del
regulador de presión a través
del manómetro y el medidor de
flujo.
Termómetr
o
Indicación de
la temperatura
Que se encuentre dentro de la temperatura
preestablecida.
Bomba de
succión
Funcionamient
o
Que no haya ruidos ni vibraciones extraños y que no
se encuentre en la temperatura alta.
o
o
Inspección visual y verificación
de la alarma.
o
Que se pueda succionar en el flujo preestablecido.
Verificar con la vista, oído y el
tacto.
□
o
Flujo
Fuente
óptica
Volumen
óptico
Volumen óptico preestablecido
Reemplazo periódico
Engrane
del filtro de
gas (Gas
Filter
Wheel)
Celda para
la muestra
Suciedad
Que no haya suciedad en las ventanas.
o
Rotación
Que esté girando sin mayores problemas.
o
Suciedad
Que no haya suciedad.
o
Filtro
óptico
Detector
Suciedad
Que no haya suciedad.
o
Temperatura
Que esté funcionando correctamente el controlador de
la temperatura.
Que no haya suciedad, doblez, obstrucción en los
orificios ni la fuga.
o
Tubería
Funcionamiento
general
Reemplazo de la válvula, entre
otros.
Verificación
de los valores
2 años
indicados.
□
Reemplazo periódico.
Inspección visual.
Calibració
n cero
Suciedad.
Obstrucción en
los orificios.
Fuga en la
parte de
conexión.
Funcionamient
o
Calibració
n Span
Funcionamient
o
Repetibilid
ad
Funcionamient
o
Que se pueda hacer la calibración cero (con una
variación de ±0.2 ppm con respecto a la calibración
anterior).
Que se pueda hacer la calibración Span (con una
variación menor a ±4% con respecto a la calibración
anterior).
±2% del alcance de la escala completa.
172
o
Verificación del estatus.
o
o
o
o
o
o
o
Se hace la limpieza en la pared
interna de la celda, así como el
reflector.
Limpieza.
Verificación de los valores
indicados.
Inspección visual.
Calibrar después de que se
estabilicen los valores
indicados.
Calibrar después de que se
estabilicen los valores
indicados.
Introducir varias veces el gas
de calibración de la misma
concentración.
Linealidad
Funcionamient
o
±4%del alcance de la escala completa.
Desviación
de cero
Desviación
de Span
Tiempo de
respuesta(
95%)
Funcionamient
o
Funcionamient
o
Funcionamient
o
±2%del alcance de la escala completa.
o
±2%del alcance de la escala completa.
o
1 minuto
o
173
o
o
Introducir otras 3
concentraciones intermedias
aparte del cero y Span.
Introducir el aire cero durante
24 horas.
Introducir el gas Span durante
24hrs.
Después de introducir el aire
cero, se introduce el gas Span y
se mide el tiempo.
Tabla 3.7 Guía para el mantenimiento de calibradores dinámicos
o : Revisión (incluyendo limpieza y ajuste) □: Reemplazo y suplemento
Filtro de
entrada
Obstrucción en
los orificios y
fuga
Que se pueda suministrar el gas en una
presión predeterminada.
1 año
6meses
3 meses
Concepto
1 mes
Objeto
2 semanas
Criterios de revisión
Frecuencia del
control
1 semana
Arranque
Puntos a controlar
o
Verificar si se puede
suministrar el gas
correctamente bajo la presión
predeterminada.
Tubería / Cuerpo principal
Que el filtro esté fijo.
□
Tubería externa
Estado de la
tubería de
entrada y de
salida
Estado de
colocación de
la tubería
externa
Estado de la
tubería y el
block en el
paso de flujo
Que no haya doblez, daños ni obstrucción en
los orificios.
Que la tubería esté de acuerdo lo establecido.
Que no haya deterioro.
Que no esté flojo ni que haya fuga.
Manómetro
Regulación de
la presión
Que se pueda indicar la presión específica.
o
Regulador de la
presión
Regulación de
la presión
Que se pueda regular la presión específica
o
Conexión de la
tubería externa
Partes funcionales
Tubería interna
y Block
Reemplazo
o
Verificación a través de la
inspección visual.
o
Después de apretar la
conexión, se verifica la fuga
utilizando el agua enjabonada.
No haya doblez, daños ni obstrucción en los
orificios.
Que la tubería esté de acuerdo lo establecido.
Que no haya deterioro.
o
Verificación a través de la
inspección visual.
En caso de presentar la
obstrucción o la suciedad, se
desarma y se lava.
Verificación de la presión.
o
Verificación de la presión o el
flujo generado.
Reemplazo del anillo O.
□
174
Método de ejecución
Válvula de
cierre
Ajuste
general
Medidor de
flujo
Estado de
programación
Estado de la
indicación
Que funcione sin desfasamiento ni fuga.
Que el movimiento del flotador esté suave sin
fuga.
o
Verificación de la
programación y la operación.
o
Desarme y lavado.
o
Verificación del movimiento del
flotador pasando el gas
generado.
Desarme y lavado.
o
Válvula
Funcionamient
o
Que se abre y se cierre correctamente sin
mayores problemas.
o
Válvula
electromagnética
Funcionamient
o
Que haya control normal sin ruidos extraños
durante la operación.
o
Tubo secador
Eliminación de
la humedad
Que más de ½ de gels de sílice sea de color
rosa.
o
Lámpara de
ozono
Estabilidad
Que no haya falla de encendido ni flasheo.
o
o
Verificación a través de la
inspección visual.
Tubo del
catalizador
Capacidad
Reemplazo del catalizador.
o
□
Reemplazo.
Tubo de
adsorción
Capacidad
Reemplazo de carbón activo y cal.
o
□
Flujo generado
Revisión del
flujo
Revisión de la
presión
Que el flujo generado esté de acuerdo con las
especificaciones.
Que la presión generada esté de acuerdo con
las especificaciones.
o
o
o
o
Reemplazo.
En el caso del deterioro
importante, se reduce la
frecuencia del reemplazo.
Verificación a través del
medidor de flujo.
Verificación a través del
manómetro.
Presión
generada
175
Se abre y se cierra la válvula
varias veces, y se verifica a
través del medidor de flujo.
Se repite ON-OFF y se verifica
con el medidor de flujo.
□
Verificación a través de la
inspección visual y reemplazo.
Generación del
aire cero
Capacidad de
purificación
Que esté de acuerdo con las
especificaciones.
176
o
Comparación con el gas cero
envasado, o bien la
comparación con el gas
obtenido desde el equipo de
preparación de gas para la
calibración.
Tabla 3.8 Guía de mantenimiento para generadores de aire limpio
o: Revisión (incluyendo limpieza y ajuste) □: Reemplazo y suplemento
Filtro de
entrada
Obstrucción en
los orificios y
fuga
Que se pueda suministrar el gas en una
presión predeterminada.
1 año
6meses
3 meses
1 mes
Concepto
2 semanas
Objeto
Frecuencia del
control
1 semana
Criterios de revisión
Arranque
Puntos a controlar
o
Verificar si se puede
suministrar el gas
correctamente bajo la presión
predeterminada.
Que el filtro esté fijo.
□
Tubería
Tubería externa
Conexión de la
tubería externa
Tubería interna
y Block
Prueba de fuga
de gas.
Estado de cada
tubería de gas
de dilución, gas
de
componentes,
gas generado y
ventilación de
cada tubería.
Estado de
colocación de
la tubería
externa
Estado de la
tubería y el
block en el
paso de flujo
Fuga
Método de ejecución
Reemplazo
Que no haya doblez, daños ni obstrucción en
los orificios.
Que la tubería esté de acuerdo lo establecido.
Que no haya deterioro.
o
Verificación a través de la
inspección visual.
Que no esté flojo ni que haya fuga.
o
Después de apretar la
conexión, se verifica la fuga
utilizando el agua enjabonada.
No haya doblez, daños ni obstrucción en los
orificios.
Que la tubería esté de acuerdo lo establecido.
Que no haya deterioro.
Cuando se carga de N2 con la presión
utilizada o de aire, entre la entrada y la salida,
que la reducción de la presión durante los 5
minutos sea menor al 1%.
177
o
o
Verificación a través de la
inspección visual.
En caso de presentar la
obstrucción o la suciedad, se
desarma y se lava.
Verificación de la reducción de
la presión.
Tapa de
cambio
Ajuste general
Partes funcionales
Válvula de
cierre
Medidor de
flujo
Estado de
programación
Estado de
programación
Estado de la
indicación
Que se pueda hacer el cambio sin problemas
y que se pueda fijar o cerrar en una posición
determinada.
o
Que funcione sin desfasamiento ni fuga.
o
Que el movimiento del flotador esté suave sin
fuga.
o
□
Verificación de la
programación y la operación.
o
Desarme y lavado.
o
Verificación del movimiento del
flotador pasando el gas
generado.
Desarme y lavado.
o
Regulador de la
presión
Regulación de
la presión
Que se pueda regular la presión específica.
o
Válvula
Funcionamient
o
Que se abre y se cierre correctamente sin
mayores problemas.
o
Válvula
electromagnética
Funcionamient
o
Que haya control normal sin ruidos extraños
durante la operación.
o
Flujo generado
Revisión del
flujo
Que el flujo generado esté de acuerdo con las
especificaciones.
o
o
Presión
generada
Precisión
Revisión de la
presión
Desviación del
gas patrón.
Que la presión generada esté de acuerdo con
las especificaciones.
Que esté de acuerdo con las
especificaciones.
o
o
178
Después de realizar la
programación se verifica.
Reemplazo del anillo O.
o
Verificación de la presión o el
flujo generado.
Se abre y se cierra la válvula
varias veces, y se verifica a
través del medidor de flujo.
Se repite ON-OFF y se verifica
con el medidor de flujo.
o
Verificación a través del
medidor de flujo estándar,
medidor de flujo con burbujas
de jabón y medidor de gas
húmedo.
Verificación a través del
manómetro.
Comparación con el gas cero
envasado, gas patrón de baja
concentración en contenido en
cilindro o bien la comparación
con el gas obtenido desde el
equipo de preparación de gas
para la calibración.
179
Sistema de transmisión y almacenamiento de datos.
El sistema de transmisión y almacenamiento de datos es un área que sin duda debe ser
integrada al PMP de la organización, toda vez que en este se concentra y transmite la
información de la calidad del aire y el estado de operación de las redes y estaciones de
medición. Para garantizar una operación continua y proteger tanto la integridad física de
las bases de datos, de los equipos y de la instalación en general, el PMP debe incluir lo
descrito en la Tabla 3.9.
Tabla 3.9. Tipo y frecuencia del PMP para el sistema de transmisión y
almacenamiento de datos.
Actividad de mantenimiento preventivo
Frecuencia
mínima
1
Revisión y limpieza de equipo de computo
Cuatrimestral
2
Prueba de arranque de equipo de emergencia para cortes del suministro
de energía eléctrica.
Quincenal
3
Revisión de estado de conexiones, tierras físicas y luminarias
Semestral
4
Revisión de instalaciones eléctricas mayores
Anual
5
Revisión de techos, paredes, ventanas, etc. para detección de humedad,
goteras, acumulación de polvos etc.
Anual
Mantenimiento correctivo.
También es necesario considerar actividades de mantenimiento no programadas
derivadas de un funcionamiento anormal de los analizadores, las cuales se identifican a
través de las rutinas de revisión programadas o bien de los propios indicadores de fallas
de los equipos y deben atenderse conforme a las instrucciones de los manuales de
operación y mantenimiento de los instrumentos.
Resultados de las inspecciones de rutina de las estaciones.
Se debe realizar un reporte que incluya los resultados de la inspección rutinaria de las
estaciones. Se recomienda elaborar un formato de reporte que incluya los aspectos
más importantes que permitan detectar fallas en los instrumentos, equipos y/o
infraestructura. El reporte debe ser elaborado por el técnico que realiza la visita. Éste se
lo debe entregar a su superior o al personal que pueda realizar la revisión y detección
de fallas, además de poder tomar decisiones para corregirlas.
Inventario de equipos y refacciones.
Los responsables de los PMP deben diseñar y mantener actualizado un inventario
detallado de la totalidad de equipos, refacciones, consumibles y accesorios principales,
ya sean propios o asignados, como datos de los que dispone el SMA. Por medio de
estos inventarios se puede controlar en forma efectiva la cantidad, localización y estado
operativo de materiales y equipos, así como los datos del personal responsable de su
resguardo y buen uso.
Un aspecto fundamental en el control de inventarios es la correcta identificación de los
equipos a partir de la asignación de un Número de Inventario Único. Dicho código de
identificación debe estar adherido o prendido, según corresponda, en un lugar visible y
en forma segura en el componente inventariado. Se trata de disponer de un sistema
codificado que facilite sustancialmente la identificación y localización y, en particular, las
tareas de mantenimiento preventivo.
También se debe disponer en el PMP de Listas de Partes actualizadas. Éstas deben
hacer aunque sea en forma provisional desde antes de recibir los equipos de nueva
adquisición a partir de consultas con el proveedor para disponer de lotes de
consumibles y refacciones críticas a la llegada de los equipos. Dichas listas de partes
deben contener por lo menos la siguiente información:
•
Marca , modelo y descripción del instrumento al que pertenecen
•
Número de parte y datos del proveedor
•
Especificaciones o tipo
•
Precio unitario en la última adquisición
•
Tiempo promedio de entrega
•
Disponibilidad del proveedor ( en existencia o sobre pedido)
•
Cantidad deseable en existencia
•
Cantidad actual en existencia
•
Status en términos de su importancia
•
Fecha de revisión (corrección)
181
En la actualidad, el uso de computadoras y hojas de cálculo permite el diseño de bases
de datos interactivas para el manejo de inventarios y listas de partes que puedan
incluso dar avisos preventivos o de alarma cuando se llega a un número crítico de las
existencias de un determinado consumible, refacción o componente.
Como en muchos otros casos de la práctica de Aseguramiento de Calidad, el diseño de
estos formatos computarizados puede requerir tiempo y muchas horas de trabajo la
primera vez, pero una vez elaboradas se convierten en poderosas herramientas que
facilitan los PMP.
Control de almacenes de refacciones y equipos.
En las instalaciones centrales de los SMA se debe contar con áreas específicas
destinadas al almacenamiento de partes (consumibles y refacciones) y otro almacén
especifico de equipos (muestreadores, analizadores y calibradores, etc.), los cuales, de
preferencia deben estar separados físicamente y tener acceso restringido sólo para
personal autorizado. Es conveniente asignar el puesto de almacenista a alguna de las
personas que laboran en el área para que se responsabilice, entre otras cosas, del
registro de entradas y salidas de equipos y partes. Esta persona es también
responsable directo de mantener actualizados los inventarios de equipos y partes, así
como de iniciar al proceso de requisición generando formatos de aviso.
En ambos almacenes deben observarse “Buenas Prácticas de Trabajo” en lo relativo a
orden y limpieza. En cada almacén, las refacciones o los equipos, según corresponda,
deberán disponerse en gabinetes o en gavetas bien identificados de modo que se
facilite su localización y conteo.
Área de reparación y mantenimiento de equipos.
Para mantener el buen estado de operación de la estación de monitoreo de aire, es
necesario establecer un área de reparación y mantenimiento dentro del departamento
del encargado de mantenimiento de la estación de monitoreo. En la Tabla 3.10 se
indican los usos de esta área de reparación y mantenimiento de equipos.
182
Tabla 3.10 Usos del área de reparación y mantenimiento.
Uso
1. Control de existencia de
consumibles.
2. Control de existencia de
refacciones.
3. Reparación y ajuste de
equipos averiados.
Contenido
Adquisición de los consumibles a corto tiempo y su control de
entradas y salidas de toda la red de monitoreo.
Almacenamiento, adquisición y control de entradas y salidas
de las refacciones que requieren ser reemplazados debido a
la fricción a prolongada o por su deterioro.
Reparación y ajuste de equipos de medición averiados.
Almacenamiento y control de refacciones y herramientas para
reparaciones.
Registro del historial de reparaciones.
En las estaciones de monitoreo de aire se llevan a cabo tareas de reemplazo periódico
de consumibles o de reparación de averías. El área de reparación y ajuste de equipos
es una bodega para las refacciones de reemplazo que cubre la toda la red de
monitoreo, siendo también un departamento de soporte del control de mantenimiento
que constituye un taller base de reparación. Aparte del control de adquisición y
almacenamiento general de las refacciones de toda la red de monitoreo, también se
utiliza como taller de reparación en donde se ingresarán los equipos averiados que no
han sido posibles de reparar dentro de las estaciones. Esta área deberá ser establecida
en las redes que administren un número mayor de tres a cuatro estaciones. En la Tabla
3.11 se indica el equipamiento para dicha área.
Las redes de monitoreo que solamente cuenten con 1 o 2 estaciones de monitoreo y
que tengan la necesidad de solicitar el mantenimiento de los equipos a empresas que
realicen los trabajos de mantenimiento o al personal operativo de otras redes, deberán
verificar si la parte encargada de realizar el mantenimiento cuentan con un área de
reparación y mantenimiento.
183
Tabla 3.11 Ejemplo de equipamiento del área de reparación y mantenimiento
Tipos de acondicionamiento
Ejemplos de equipamiento y partes
Muebles e instalaciones
Muebles
Mesa de trabajo, silla, estante (resguardo), escritorio
Equipamiento
Aire acondicionado, luz, contacto, regulador de voltaje
(AVR), Interruptor de seguridad (cortacorriente),
teléfono, servicio de agua entubada.
Consumibles
Consumibles que se reemplazan en corto Tubo de teflón, filtro de la toma de muestra (Inlet), filtro
tiempo por la suciedad.
de cartucho.
Filtro de fibra de vidrio para PM10 (rollo)
Refacciones que se desgastan en varios
Adsorbentes (carbón activado, silica gel y otros) para la
meses por las suciedades contenidas en
adsorción de sustancias de interferencia.
la muestra.
Consumibles necesarios en la verificación
Agua purificada, solventes (Alcohol etílico, acetona
periódica como en la limpieza.
entre otros), detergente neutro.
Paño, grasa de Silicón, liga, cinta de vinilo (Cinta
aisladora), cinta plateada, tubos de vinilo, tubos de
silicón, cinta selladora, cepillo para lavar, aerosol
antioxidante.
Refacciones
Consumibles que tienen una fricción
Diafragma, válvula (resina, acero inoxidable), bandas
prolongada por tratarse de la parte
dentadas (bandas de transmisión),bomba de absorción
giratorio del mecanismo del aparato.
de aire.
Ventilador pequeño
Partes que se deterioran por la suciedad Filtro contra el polvo para el ventilador, tubo catalizador,
contenida dentro de la muestra debido a
Kicker para SO2.
su uso prolongado.
Filtro óptico, Perma pure driyer
Partes que se deterioran en su eficiencia Lámpara de fuente de luz (lámpara de rayos ultravioleta,
debido a la reducción en su intensidad
lámpara de rayos infrarrojo)
Válvula solenoide, batería de respaldo.
Consumibles secundarios que se
Empaque, férula, cintas para impresoras
reemplazan desde con varios meses
hasta un año de uso.
Partes que tienden a dañarse por
Relay, placa base de fuente de energía, entre otros.
accidentes eléctricos.
Herramientas y otros.
Juego de herramientas
Destornillador largo, corto, llave inglesa, tenaza, cutter,
alicates, martillo, mazo, cepillo metálico, lima, serrucho.
Pinza, brocha, cronómetro, secadora, prensa.
Medidor de voltaje digital, cautín para soldar
Reactivador de puntos de conexiones
Alambre, pernos de diversos tipos, stock de tornillos.
Aparatos estándar, entre otros.
Flujómetro estándar, termómetro e higrómetro
(electrónico)
Manuales.
Equipamiento deseable
Partes de refacción para atender las
Aparato obsoleto destinado para uso de sus partes.
averías.
Partes electrónicas.
Otros
Calibradores (Dilusor, generador de aire cero)
Cilindro de gas patrón, regulador entre otros.
Osiloscopio, aparato generador de señales estables de
voltaje, graficador.
184
Calibración de equipos e instrumentos.
Los Sistemas de Monitoreo Atmosférico (SMA) requieren de programas consistentes de
calibración para todos los equipos de muestreo y analizadores. Todos los datos y
cálculos incluidos en la calibración deben registrarse en una bitácora individual para
cada equipo.
Generalidades.
Cuando se utilizan los equipos de medición de manera continua, la eficiencia de la
medición va variando gradualmente a causa de las partes desgastadas o de
interferencias acumuladas como suciedad, por lo que es necesario revisar la
sensibilidad en la medición y corregirla, si es necesario.
Objetivos.
Uno de los objetivos de la calibración es establecer la relación cuantitativa entre la
concentración real del contaminante y la respuesta del analizador.
Otro es el concepto fundamental de trazabilidad que debe considerase en los
programas de calibración; la cual según la NMX–Z- 055:1996 INMC se define como
“Propiedad del resultado de una medición o del valor de un patrón, tal que ésta pueda
ser relacionada con referencias determinadas, generalmente patrones nacionales o
internacionales, por medio de una cadena ininterrumpida de comparaciones teniendo
todas incertidumbres determinadas”.
Frecuencia.
Cada analizador debe calibrarse apegándose a las condiciones de operación, conforme
a procedimientos basados tanto en las instrucciones específicas del manual de
operación del equipo, como en las directrices generales provistas por las normas de
referencia utilizadas las cuales contienen por lo general criterios detallados de
calibración.
Para establecer la linealidad de los analizadores nuevos o los que hayan sido sujetos a
una reparación mayor se debe hacer una calibración multipunto. En todos los
analizadores se debe hacer una calibración multipunto al menos dos veces por año. En
185
general, se pueden hacer calibraciones de dos puntos y cero (aunque una calibración
multipunto siempre puede sustituir a una calibración de dos puntos):
•
Durante la instalación inicial;
•
Después de una relocalización;
•
Después de cualquier reparación o servicio;
•
Después de una interrupción de varios días en la operación y
•
Cuando aparezca alguna indicación de mal funcionamiento o cambio en la
calibración.
Criterios.
En la operación práctica de los programas de calibración se efectúan diferentes tipos de
calibraciones cuya complejidad y aplicación puede variar en función de las
circunstancias y los objetivos de calidad establecidos. Sin embargo es importante tener
en mente que las calibraciones en este campo deben incluir los siguientes elementos:
1) Trazabilidad de los materiales de referencia o entradas conocidas; 2) Procedimientos
establecidos y validados; 3) Programación; y 4) Documentación de los resultados.
Algunos criterios para la calibración de analizadores de gases son los siguientes:
•
Después de la instalación del analizador y antes de colectar datos.
•
Una calibración multipunto cada 3 meses para todos los analizadores.
•
Cuando el corrimiento de span y/o cero exceden ±15%, o cuando se utilizan
gráficas de control, el corrimiento es 3 veces la desviación estándar del valor de
control.
•
En analizadores nuevos, se recomienda una calibración multipunto en un periodo
menor a 3 meses.
•
Después de una reparación mayor.
Calibración de equipos de muestreo de partículas.
Muestreadores manuales.
Los equipos utilizados para el muestreo manual de PST y PM10 son los muestreadores
de alto volumen, en el segundo caso se adapta un cabezal con impactores, diseñado en
186
base el principio de la dinámica de las partículas, el cual solo permite el paso hacía el
filtro de partículas menores a 10 micrómetros.
La calibración de este tipo de muestreadores se realiza usando un estándar de
transferencia. Este equipo se compone de un adaptador para la base del filtro, un
cilindro con orificio, cinco placas con 18, 13, 10, 7 y 5 orificios respectivamente,
empaques, un manómetro de agua y manguera para conectarlo al cilindro (Figura 4.1).
Actualmente son utilizados equipos que en vez de placas, tienen una adaptación en el
cilindro que permite variar el tamaño de apertura de los orificios. Estos equipos son
utilizados de la misma manera que los de placas, la única diferencia es que sustituye el
uso de las mismas. Cualquiera de los dos tipos de equipos son conocidos también
como kits de calibración para muestreadores de alto volumen.
El principio de la calibración es la transferencia de un volumen conocido mediante la
caída de presión que ejercen las placas al momento de succionar el aire. El estándar de
transferencia debe ser calibrado cada año contra un patrón de volumen.
El procedimiento para la calibración de los muestreadores de alto volumen se encuentra
establecido en el punto 11 de la Norma Mexicana NOM-035-SEMARNAT-1993.
Figura 4.1. Kit de placas para calibración de muestreadores de
alto volumen.
187
Muestreadores semiautomáticos y automáticos.
Actualmente no existen en México ninguna Norma o Método de Referencia para la
calibración de este tipo de muestreadores. En la página de internet de la USEPA se
pueden encontrar métodos para la calibración del flujo y sensores de presión y
temperatura de este tipo de instrumentos.
Para una calibración adecuada del muestreo de partículas en estos instrumentos, se
recomienda realizar lo establecido en los manuales de los instrumentos.
Calibración de los equipos de monitoreo de gases.
Para asegurar la trazabilidad en la medición de los analizadores es indispensable
considerar dos factores, además de un adecuado programa de operación y
mantenimiento.
I. Realizar la verificación y el ajuste continuo de los controladores de flujo másico
de los calibradores dinámicos. En el apéndice 12 del libro rojo de la USEPA se
encuentran los métodos para la calibración y la referencia en la medición de
flujos.
II. En el caso de la medición de CO, NOx y SO2, contar uno o varios cilindros que
contienen el gas contaminante y que además este tiene trazabilidad hacia
materiales de referencia nacionales o internacionales. En el caso de la medición
de O3, contar con un estándar de transferencia, esto es un analizador con
generador de ozono o solo un equipo generador de ozono, que haya sido
calibrado mediante uno de los métodos para la medición de ozono ambiental (p.
ej. GPT, Fotometría Ultravioleta, etc).
Para la elaboración de los procedimientos de calibración es indispensable tomar en
cuenta la normatividad vigente (nacional o internacional), la practicidad del método y lo
establecido en el manual del instrumento. En este capítulo se presentan de manera
general los tipos y procedimientos de calibración para la medición de los gases
contaminantes criterio.
Cabe resaltar la importancia que tiene el uso de graficadoras para observar con mayor
detalle el comportamiento de cada instrumento, no solo durante la calibración, sino
también en la operación.
188
Calibración de cero y span (calibración con dos puntos).
Esta calibración se realiza solo en dos puntos: el cero y el span. El procedimiento y
formatos usados son los mismo que en la calibración multi–punto.
２ point s c alibr at ion (zer o,span)
Monit or r esponse
100
80
60
40
20
0
0
20
40
60
80
100
Calibr at ion gas c onc ent r at ion
Figura 4.2 Grafica de una calibración de
cero y span.
Aunque carece de las ventajas de una calibración multipunto (la verificación de la
linealidad), la calibración de dos puntos puede y debe realizarse con mayor frecuencia.
Dependiendo de la marca y modelo de analizadores que se utilicen, este tipo de
calibración pude ser automatizada. Las verificaciones frecuentes o actualizaciones de la
relación de la calibración, ayudan a mejorar la calidad de los datos a partir del control
de los corrimientos (drift) de la respuesta de cada analizador.
Cuando se efectúa este tipo de calibración se recomienda ampliamente registrar las
lecturas de respuesta del cero y el span antes de realizar cualquier ajuste que se haga
al analizador, ya que estos registros sin ajustar proporcionan valiosa información para:
(1) confirmar la validez (o invalidez) de las mediciones obtenidas inmediatamente
precediendo la calibración, (2) monitorear la tendencia de los corrimientos (drift) del
cero y del span del analizador, y (3) determinar la frecuencia de la calibración
multipunto.
189
Los analizadores de NO/NO2/NOx pueden no contar con controles individuales de cero
y span para cada canal. Si este es el caso, estos controles deben ser ajustados solo
bajo las condiciones especificadas en el procedimiento de calibración del manual del
instrumento.
El procedimiento general que se sigue para la calibración del cero y el span, se
describe a continuación.
I. Desconectar la entrada del analizador de la toma de muestra de aire ambiente y
conectarla al sistema de calibración. Dejar el analizador en su modo normal de
operación y no hacerle ajustes.
II. Generar la concentración span (generalmente al 80 % del rango de operación del
analizador).
III. Medir y registrar la concentración de respuesta del analizador respecto al gas de
calibración una vez estable y sin ajustar (S').
IV. Generar aire cero.
V. Medir y registrar la concentración de prueba del aire cero en condiciones
estables, también sin ajustar, (Z').
VI. Hacer cualquier ajuste que requiera el analizador (p.e. flujo o presión) o que esté
relacionado con su mantenimiento.
VII. Si el ajuste del cero es necesario o si cualquier ajuste ha sido hecho al
analizador, ajuste el cero a la lectura deseada de cero. Registre la lectura
ajustada de cero (Z) en condiciones estables. Note que si no se hace ningún
ajuste del cero entonces Z=Z’. Desplazar la lectura del Cero (e.j., a 1% de la
escala) puede ayudar a observar cualquier desplazamiento negativo del cero que
pueda ocurrir. Si un desplazamiento (A) es usado, registre la lectura sin
desplazamiento como, Z-A.
VIII. Medir la concentración del gas de calibración (span). Si es necesario un ajuste
de span, ajustar la respuesta del span al valor deseado dejando el cero ajustado
usado en la etapa previa. Registrar la lectura final del span ajustado en
condiciones estables (S). Si el span no es ajustado entonces S=S’. Después de
realizar la calibración cero, siempre se debe de realizar también la calibración
190
Span. Aún cuando se realice primero la calibración Span, se debe de realizar
nuevamente la calibración cero y luego la calibración Span. A partir de la
diferencia entre el resultado de la calibración realizada en el mantenimiento y la
revisión anterior (normalmente de una semana antes), el resultado de la
calibración de ese momento, en base a los criterios estipulados en la Tabla 4.1,
se determina si se hace la calibración o no. Cuando la diferencia es mínima, se
considera como margen de error y no se deberá realizar la calibración. Cuando
hay una diferencia equivalente a un intervalo específico, se realiza la calibración.
Pero, cuando la diferencia es significativa, se considera como una situación
anormal, se prohíbe realizar la calibración y se toman las medidas para la
corrección.
Nota: Dejar registrado por lo menos un valor instantáneo por cada varios
segundos, facilitará la observación del transcurso. Como herramienta de
diagnostico, es recomendable el uso del graficador.
IX. Después de cualquier ajuste efectuado al cero o al span o a otros parámetros,
debe permitirse la estabilización del analizador a esas nuevas condiciones y
entonces debe verificarse las lecturas del cero y span y registrarse los nuevos
valores de Z y S, si es necesario.
X. Si la calibración es actualizada para cada calibración del cero y el span, una
nueva curva de calibración debe ser elaborada usando las lecturas Z y S, o el
punto de intercepción y la pendiente deben determinarse como sigue: EPA
(1998)
I= Intercepción = Z
m = pendiente =
S−Z
concentracióndelspan
191
Tabla 4.1. Criterios para la calibración multipunto (de acuerdo a la diferencia con
la calibración anterior).
Determinación para la
realización
Calibración
del cero
Calibración
del Span
No se requiere
calibrar
Se puede calibrar
No calibrar
No se requiere
calibrar
Se puede calibrar
No calibrar
Medidores de
SO2, NOx, O3 y
CO
±2%FS
Medidor de PM10
±2 a ±4% FS
Menor a 5μg/m3
Mayor a ± 4% FS
Mayor a 5μg/m3
±2% FS
±2 a ± 10% FS
Mayor a ± 10% FS
Sin embargo, cuando la respuesta en el momento de la introducción del gas patrón no
se estabiliza no es normal por lo que no se hace la calibración y rápidamente se
realizan los arreglos o las reparaciones pertinentes.
Algunos comportamientos anormales de respuestas en el momento de la introducción
del aire cero y/o span son:1) Indicaciones zigzagueadas; 2)Salto pronunciado (Cambio
brusco sin una secuencia en los valores de medición); 3) Continúa ascendiendo; y 4)
Continúa descendiendo. En las Figuras 4.3 y 4.4 se pueden observar los
comportamientos correctos y anormales en las calibraciones de cero y span.
Good r esponse
Bad r esponse
20
20
Elapsed t ime
④
③
②
①
0
0
100
Analyzer response (concent rat ion)
0
0
100
Analyzer r esponse (concent rat ion)
Figura 4.3 Comportamientos normales y anormales en la respuesta del
analizador al generar aire cero.
192
Bad r esponse
20
④
③
②
①
0
0
100
Analyzer response (concent rat ion)
Figura 4.4 Comportamientos normales y anormales en la respuesta del
analizador al generar la concentración spanx.
Calibración multipunto (verificación de linealidad).
Las calibraciones multipunto consisten en suministrar tres o mas concentraciones de
prueba, incluyendo el cero, el span y una o más concentraciones intermedias
espaciadas en intervalos aproximadamente iguales dentro del rango de operación. Al
diluir el gas contenido dentro del cilindro con el aire cero utilizando el calibrador
dinámico, se genera el gas de calibración con la concentración necesaria. Se introduce
la concentración de calibración y se inspecciona la reacción durante un tiempo mínimo
de 10 minutos.
Estas calibraciones multipunto son usadas para establecer y/o verificar la linealidad de
los analizadores en su instalación inicial, después de reparaciones mayores y/o cada
determinado de tiempo. Después de la calibración cero, una vez determinado la
sensibilidad del intervalo de uso, se introduce el gas de calibración de concentración de
punto medio y se verifica la linealidad de la sensibilidad del analizador observando el
grado de desfasamiento de la línea recta de sensibilidad de ese punto. La mayor parte
de los analizadores modernos tienen una respuesta lineal o muy cercana a la
concentración de referencia. En la Tabla 4.2 se indican los intervalos de concentración
utilizados en la práctica para este tipo de calibraciones en analizadores de
contaminantes criterio.
193
Tabla 4.2. Intervalos comunes de concentración en una calibración multipunto
No.
Punto de prueba
1
2
3
4
5
6
Cero
Primer punto
Precisión
Tercer punto
Cuarto punto
Span
SO2,NOX y O3
(ppb)
0.0
30 – 80
80 –100
150 – 200
275 – 325
350 - 450
CO
(ppm)
0.0
3.0 – 8.0
8.0 – 10.0
15.0 – 20.0
27.5 – 32.5
35.0 – 45.0
El cálculo de las concentraciones de los gases de calibración para SO2 NOX y CO, se
lleva a cabo de la siguiente ecuación:
C=
SG * G
G + DA
Donde:
C:
Concentración del gas de calibración (ppb = ppm*1000)
SG:
Concentración del gas en el cilindro (ppm)
G:
Flujo de gas del gas del cilindro (cc/min), y
DA:
Flujo de aire de dilución a través del calibrador (cc/min)
⎛ (Obs − C ) ⎞
% Diff = 100%⎜
⎟
C
⎝
⎠
Donde:
% Diff: Porciento de diferencia
Obs: Concentración observada por el analizador y registrada por el sistema de
datos, en las mismas unidades que C, y
C:
Concentración del gas de calibración (ppm o ppb).
Métodos de calibración.
Calibración de analizadores de CO y SO2.
Antes de iniciar la calibración se debe verificar que la presión del cilindro que contiene
el gas es mayor a 500 psi. El cilindro deberá reemplazarse cuando la presión interior
sea cercana a 300 psi.
194
Es recomendable que las lecturas de respuesta del analizador se obtengan del mismo
dispositivo de registro (graficadora, display. sistema de adquisición de datos, etc.) que
será usado para las subsecuentes mediciones de las concentraciones en el aire
ambiente.
El procedimiento general para la calibración de analizadores de CO y SO2, utilizando el
método de dilución, es el siguiente.
Equipos y Materiales.
•
Cilindro que contenga el o los gases de los contaminantes con trazabilidad a los
materiales de referencia correspondiente.
•
Cilindro que contenga aire cero o equipo generador de aire cero.
•
Calibrador
dinámico,
que
genera
el
gas
de
calibración
a
diferentes
concentraciones diluyendo el gas del cilindro con aire cero.
•
Analizador a calibrar.
•
Sistema de adquisición de datos.
•
Graficadora.
•
Sondas de acero inoxidable, teflón u otro material inerte.
•
Conexiones de acero inoxidable, teflón u otro material inerte para sondas.
•
Solución de jabón especial para detección de fugas, No corrosiva, No toxica, No
inflamable y que resista un intervalo de temperatura de -3º a 93º C.
Procedimiento de calibración.
I. Conectar el sistema de calibración: conectar el cilindro y la salida del aire
cero al calibrador dinámico.
II. Desconectar el analizador a calibrar del múltiple de distribución de la
muestra.
III. Conectar la salida del gas de calibración del calibrador dinámico al puerto
de entrada de muestra del analizador a calibrar. Nota: El analizador a
calibrar debe tomar la muestra a la presión ambiental. Si no está activado el
195
puerto de venteo del analizador, se debe utilizar una conexión “T” entre la
línea de la muestra y el analizador a calibrar.
IV. Conectar la graficadora al analizador y encenderla.
V. Encender el calibrador dinámico y, en su caso, el generador de aire cero.
VI. Abrir las válvulas del cilindro y de la generación de aire cero y regular la
presión de las líneas en un intervalo de 20 a 30 psia.
VII. Verificar las conexiones del sistema de calibración (calibrador dinámico,
cilindro de gas y cilindro o generador de aire cero) con la solución jabonosa
para la detección de fugas. Nota: La solución jabonosa se deberá aplicar
alrededor de las conexiones que ESTRICTAMENTE mantengan una
presión positiva en la línea, de tal manera que se evite la succión de la
solución y que pueda dañar los dispositivos internos de los equipos.
VIII. En caso de encontrar una fuga, eliminarla utilizando cinta teflón en la
conexión.
IX. Generar aire cero con el calibrador dinámico.
X. Esperar al menos una hora para la estabilización de los componentes del
sistema de calibración (se da por hecho que el analizador a calibrar ha
estado operando y por lo tanto sus componentes están estabilizados).
XI. Generar aire cero a 3 lpm. Nota: El flujo dependerá de la cantidad de
analizadores a calibrar, éste debe ser siempre mayor al que utilizan los
analizadores para tomar la muestra.
XII. Esperar al menos 10 minutos para la estabilización de la lectura (observar el
comportamiento del analizador en la gráfica).
XIII. Una vez estabilizada, anotar la lectura que reporta el sistema de adquisición
de datos para el analizador a calibrar.
XIV. Repetir los tres pasos anteriores cambiando el aire cero por la generación
del span (80% del rango del analizador) y las concentraciones intermedias,
terminando con la generación de aire cero. Nota: El cero y el span pueden
196
ser ajustados en el analizador a calibrar. Si este fuera el caso, se debe
anotar la lectura antes y después del ajuste.
XV. Apagar y desconectar el sistema de calibración.
XVI. Conectar el analizador al múltiple de distribución de la muestra.
Cálculos.
En general los datos de calibración del analizador son graficados contra sus respectivas
concentraciones de prueba, y la mejor curva de ajuste lineal para los puntos debe
determinarse a partir de la regresión de mínimos cuadrados conducente, donde la
pendiente y el punto de intercepción de la curva de calibración es obtenida por la
siguiente ecuación:
y = mx + b
Donde:
y:
respuesta del analizador,
x:
concentración del contaminante
m:
pendiente, y
b:
punto de intercepción de la mejor curva de ajuste.
Cuando la ecuación de calibración se usa para expresar las concentraciones medidas
(x) por el analizador de las lecturas de respuesta del analizador (y), pueden corregirse
despejando de la siguiente ecuación:
x=
y−b
m
Dos indicadores usados por lo general para fines de control de calidad sobre las
calibraciones son la desviación estándar y/o el coeficiente de correlación, que puede
ser calculado con la regresión lineal correspondiente. Una carta de control del error
estándar o del coeficiente de correlación puede elaborarse para monitorear el grado de
dispersión de los puntos de calibración y verificar que se encuentran dentro de los
límites de aceptación establecidos.
197
Calibración de analizadores de O3.
La calibración de analizadores de ozono se puede realizar mediante una titulación en
fase gaseosa (ver 4.3.3.3.2) y también mediante el uso estándares de transferencia,
este último es el más común.
Con el objetivo de asegurar la trazabilidad de la medición, un estándar de transferencia
un instrumento, generador y/o analizador de ozono, que ha sido calibrado contra un
fotómetro estándar de referencia (SRP, por sus siglas en inglés).
El estándar de transferencia debe ser utilizado únicamente para la calibración de los
analizadores de ozono y nunca debe muestrear aire ambiente. Se debe calibrar
comparándolo contra un SRP al menos una vez al año. En la Figura 4.5 se muestra un
SRP y el arreglo típico en la calibración de estándares de transferencia.
Figura 4.5. Calibración contra un SRP
El procedimiento de calibración de analizadores de O3 utilizando estándares de
transferencia es relativamente el mismo que en el caso de la calibración de los
analizadores de CO y SO2 (ver 4.3.3.1); también se generan aire cero, span y las
concentraciones intermedias. Los cambios a este procedimiento dependerán del
sistema de calibración que se utilice. El calibrador con generador de ozono puede ser
también el estándar de transferencia si ha sido calibrado contra un SRP. En la Figura
198
4.6 se muestra un arreglo para la calibración de un analizador de ozono con otro
analizador como estándar de transferencia.
Figura 4.6. Calibración de un analizador
de ozono
Calibración de analizadores de NOx.
Un analizador de NOx cuenta con tres canales por donde reporta las lecturas de NO,
NOx y NO2. Como se puede observar en el principio de operación de estos
analizadores (ver 1.1.3), el compuesto que mide es el NO. En primer paso mide el NO
presente en una muestra y lo reporta como NO, en segundo paso, la muestra pasa a
través de un catalizador térmico que convierte el NO2 presente en la muestra en NO y
esta vuelve a ser medida reportándose ahora como NOx.
La eficiencia de conversión de un catalizador nuevo es prácticamente de 100%. Sin
embargo, con el uso se deteriora gradualmente sobre todo cuanto más alta sea la
concentración del NOx en la medición ambiental. Normalmente el nivel de deterioro es
intenso llegando hasta 95 % que es el límite inferior en uno o dos años para que el
catalizador sea reemplazado. Incluso durante el transcurso del tiempo de uso la
eficiencia disminuirá gradualmente.
Calibración de canales de NO y NOx.
Para la calibración de los canales de NO y NOx se requiere de un cilindro que contenga
NO en N2. El procedimiento de calibración es el mismo que se realiza para la
calibración de analizadores de CO y SO2. También se generan aire cero, span y las
concentraciones intermedias.
199
Calibración del canal de NO2 (Titulación en fase gaseosa).
La calibración del canal de NO2 se realiza para verificar la eficiencia del convertidor de
NO2 en NO. Para esto se lleva a cabo el método de titulación en fase gaseosa (GPT,
por sus siglas en inglés).
El método de GPT fue desarrollado por la USEPA en el año 1971. Es un método para
generar óxidos de nitrógeno estándar (NO y NO2) y ozono (O3) del mismo nivel de
concentración que la del aire ambiente.
Como es posible determinar con suma precisión las concentraciones del NO2 y el O3
generados en base al NO estándar de concentración conocida, suministrado por el
cilindro de alta presión, estos valores se utilizan para evaluar la eficiencia del
convertidor catalítico del analizador de NOx y para calibrar la sensibilidad del medidor
de O3.
El principio del método de GPT es la generación de NO2 a partir del NO del cilindro y el
O3 generado por el calibrador, de acuerdo a la siguiente ecuación:
NO + O3 → NO 2 + O2
El procedimiento para realizar un GPT es el siguiente:
Procedimiento.
I. Mantener el sistema de calibración conectado al analizador de NO2 de la misma
forma en que fue instalado para la calibración de NO y NOx.
II. Generar aire cero, esperar que la lectura del equipo huésped sea estable y
anotar los valores de NO, NO2. y NOx.
III. Para cada punto de calibración, generar una concentración de NO que sea
aproximadamente 0.08 a 0.12 ppm más alta que el nivel requerido de NO2, esto
es, generar aproximadamente 0.08 a 0.12 ppm de ozono por encima de la
concentración de NO de entrada. Permitir que el analizador mida esta
concentración hasta que se obtenga una respuesta estable (auxiliarse de la
graficadora).
200
IV. Generar las concentraciones de NO2 correspondientes al span y los puntos
intermedios, en forma secuencial. Para cada punto de calibración, esperar a que
el analizador presente una respuesta estable.
V. Anotar los valores de NO, NO2. y de NOx. Se debe calcular la concentración de
NO2 mediante la siguiente ecuación:
[NO2 ]A = [NO]Orig − [NO]REM
Donde:
[NO2]A: Concentración de NO2 generada por GPT;
[NO]Orig: Concentración de NO de entrada;
[NO]Rem::
Concentración de NO resultante después de GPT
VI. Registrar todos los datos
Cálculo de eficiencia del convertidor.
Se calcula el NO2 convertido con la siguiente ecuación:
[NO2 ]CONV = [NO2 ]A − [NOx]Orig − [NOx]REM
Este valor se utiliza para determinar la eficiencia del convertidor usando la siguiente
ecuación:
%ef CONV =
[NO2 ]CONV
[NO2 ]A
Verificación de los instrumentos de medición de parámetros meteorológicos.
Existen dos formas para verificar los sensores de las estaciones meteorológicas. La
primera es aquella donde la respuesta del sensor puede compararse contra una medida
de referencia de valor conocido mientras el sensor y el dispositivo de referencia se
someten a una misma condición ambiental. La segunda consiste en someter el sensor a
una condición artificial en la cual la respuesta es predecible teóricamente. Para los
casos de dirección y velocidad del viento, radiación solar y precipitación pluvial es
común verificar los sensores contra elementos de condición artificial, mientras que los
sensores de temperatura y presión pueden ser comparados con patrones trazables.
201
Verificación del transductor y las señales.
Como parámetros de medición meteorológica existen la dirección y velocidad del viento,
temperatura y humedad, los cuales se miden a través de los sensores individuales.
Generalmente el formato de las señales de medición emitidas desde estos sensores
son el voltaje analógico, la corriente analógica y el voltaje de pulso.
Los transductores son instrumentos mediadores de las señales de medición
meteorológica que captan de manera continua las señales de salida emitidas por una
serie de sensores cuyo formato y escala son distintos, hacen operaciones como la
conversión de analógico/digital (A/D) y promedian y reenvían los datos al data logger
externo y a las computadoras personales.
Respecto a la inspección, normalmente se determina el buen funcionamiento de los
sensores observando los valores procesados de las señales en el transductor. Por
consiguiente, antes de determinar el funcionamiento normal o anormal del sensor se
deberá verificar si los transductores están funcionando correctamente.
La mayor parte de los transductores cuenta con la función para verificar el buen
funcionamiento de los circuitos de procesamiento de las señales. En lugar de sensores
se dispone de un circuito de prueba para generar valores específicos de resistencia,
voltaje, corriente eléctrica, así como pulsos. Es decir, se envían para procesar señales
falsas al circuito y cuando las señales de salida generadas en el circuito coinciden con
los valores preestablecidos se determina que éste está funcionando correctamente.
Existen diferentes tipos de circuitos. Un ejemplo es el que verifica el punto cero y el
span solamente con el apagado y encendido del interruptor y otro es en el que se
coloca manualmente la resistencia falsa. Para confirmar que sea el valor reglamentado
en el momento de enviar las señales falsas al circuito es posible hacer la verificación
visual si el transductor tiene su pantalla. Si no es el caso se conecta un multímetro
digital en las terminales de salida del transductor y se verifica mediante la lectura
marcada del voltaje o de la corriente eléctrica.
En cuanto al sistema de adquisición de datos, se deberá confirmar que se indiquen los
mismos valores que los reglamentados. A través de esta verificación se podrá
comprobar si la salida de medición desde el sensor hasta el sistema de adquisición de
datos está siendo transmitida correctamente. Sin embargo, la inspección mediante la
202
aplicación de una señal falsa no es lo mejor. Simplemente se trata de una verificación
de la parte en que se procesan las señales por lo que no significa que el transductor
esté funcionando correctamente en su totalidad. Además hay casos en que se presenta
diferencia entre el valor desplegado en la pantalla y el valor marcado durante la
observación a través del multímetro digital en las terminales de la salida por lo que se
deberá tener precaución ya que a veces no es suficiente la verificación de los valores
indicados en la pantalla.
Verificación de sensores de dirección de viento.
En el mercado hay varios modelos de sensores de dirección de viento, sin embargo el
principio de operación es el mismo para cada uno de ellos: un potenciómetro emite una
señal la cual varía dependiendo de la posición del sensor.
El procedimiento general de calibración consiste en verificar la linealidad del sensor y el
umbral de torque o la fuerza mínima detectable para moverlo. En ambos casos es
necesario referirse al manual del instrumento para verificar si este se encuentra dentro
o fuera de los límites aceptables de operación.
Antes de la verificación del sensor de dirección de viento se debe verificar la orientación
del mismo. Para esto existen varios métodos que se pueden aplicar utilizando una
brújula o un sistema de posicionamiento global (GPS, por sus siglas en inglés).
Después de esto, se debe manipular la torre meteorológica para que el sensor esté al
alcance del técnico. Para llevar a cabo el procedimiento, es necesaria la participación
de dos operadores, uno para manipular el sensor en sitio y el otro para anotar las
lecturas que reporta el sistema de adquisición de datos. Al menos uno de ellos debe
estar familiarizado con los instrumentos meteorológicos para hacer los movimientos
requeridos en la torre y en los sensores.
Antes de iniciar la verificación de la linealidad, se debe manipular el sensor girándolo
para detectar fricciones significativas o alteraciones mayores en su funcionamiento.
Verificación de la linealidad.
I. Sin desmontar el sensor, alinearlo a 0° procurando mantenerlo inmóvil.
II. Anotar la lectura del sistema de adquisición de datos.
III. Girar el sensor en el sentido de las manecillas del reloj y alinearlo a 90°.
203
IV. Anotar la lectura del sistema de adquisición de datos.
V. Girar el sensor en el sentido de las manecillas del reloj y alinearlo a 180°.
VI. Anotar la lectura del sistema de adquisición de datos.
VII. Girar el sensor en el sentido de las manecillas del reloj y alinearlo a 270°.
VIII. Anotar la lectura del sistema de adquisición de datos.
IX. Girar el sensor en el sentido de las manecillas del reloj y alinearlo a 450°. Nota:
esto se realiza para los sensores cuyo intervalo sea de 540°.
X. Anotar la lectura del sistema de adquisición de datos.
XI. Verificar la linealidad de los resultados y comparar con lo establecido en el
manual del instrumento.
XII. Si los resultados se encuentran fuera de los límites aceptables, realizar el ajuste
de acuerdo a lo establecido en el manual del instrumento.
XIII. Si se realiza algún ajuste, se debe realizar nuevamente la verificación de la
linealidad.
XIV. Si después del ajuste los resultados de la verificación siguen estando fuera de
los límites aceptables de operación, se debe cambiar el sensor.
Verificación del umbral de torque (starting threshold).
Para realizar la verificación de esta fuerza existen distintos tipos de instrumentos.
Dependiendo de la marca y modelo del instrumento se selecciona el medidor de torque.
En el primer caso se presenta la verificación para los sensores Met One, la cual se
realiza comúnmente con discos de torque (Figura 4.7).
204
Figura 4.7. Disco de torque para sensores meteorológicos.
I. Desmontar el sensor y llevarlo dentro de la caseta.
II. Desmontar la aleta del sensor.
III. Montar el disco en el eje de giro del sensor.
IV. Colocar el tornillo de 1 gramo en el tercer orificio del disco.
V. Colocar el sensor en forma vertical sosteniéndolo contra la mesa de trabajo.
VI. Girar el disco hasta que la línea de los orificios se encuentre en posición
horizontal.
VII. Soltar el disco y verificar el giro. Hacerlo de ambos lados. Repetir varias veces.
VIII. Si el disco gira más de 90°, cambiar el tornillo al siguiente orificio interno.
IX.
Repetir lo dos pasos anteriores hasta que el disco gire al menos 90°. En caso de
que en el último orificio interno siga girando más de 90°, se debe utilizar un
tornillo más pequeño.
X. Calcular el torque con la siguiente ecuación:
T [g•cm] = Peso del tornillo x Número de Orificio
XI. Calcular el umbral de torque:
⎛T ⎞
u =⎜ ⎟
⎝K⎠
1
2
205
Donde: K = constante aerodinámica del instrumento.
XII. Verificar en el manual del instrumento si el resultado se encuentra dentro de los
límites aceptables.
En el segundo caso se presenta la verificación para los sensores RM Young, la cual se
realiza comúnmente con un medidor de torque de la misma marca (Figura 4.8).
Figura 4.8. Medidor de torque para veleta RM Young.
I. Desmontar el sensor y llevarlo dentro de la caseta.
II. Montar el medidor de torque sobre la veleta y comprobar que se encuentre en
posición horizontal.
III. Halar del cordón y medir el torque requerido para mover la veleta.
IV. Repetir el paso anterior para ambas direcciones hasta obtener un valor del
torque.
V. Desmontar y guardar el medidor de torque.
VI. Calcular el umbral de torque:
206
⎛T ⎞
u =⎜ ⎟
⎝K⎠
1
2
Donde: K = constante aerodinámica del instrumento.
VII. Verificar en el manual del instrumento si el resultado se encuentra dentro de los
límites aceptables.
Calibración de sensores de velocidad de viento.
Al igual que los sensores de dirección de viento, en el mercado hay varios modelos de
sensores de velocidad de viento, en este caso el principio de operación puede variar de
una marca a otra. Sin embargo, es posible aplicar el mismo método de calibración para
las marcas más utilizadas.
De la misma manera que en la calibración de sensores de dirección, el procedimiento
general de calibración de los sensores de velocidad consiste en verificar su linealidad y
el umbral de torque o la fuerza mínima detectable para moverlo. En ambos casos es
necesario referirse al manual del instrumento para verificar si este se encuentra dentro
o fuera de los límites aceptables de operación.
Se debe manipular la torre meteorológica para que el sensor esté al alcance del
técnico. Para llevar a cabo el procedimiento, es necesaria la participación de dos
operadores, uno para manipular el sensor en sitio y el otro para anotar las lecturas que
reporta el sistema de adquisición de datos. Al menos uno de ellos debe estar
familiarizado con los instrumentos meteorológicos para hacer los movimientos
requeridos en la torre y en los sensores.
Antes de iniciar la verificación de la linealidad, se debe manipular el sensor girándolo
para detectar fricciones significativas o alteraciones mayores en su funcionamiento.
Verificación de la linealidad.
Para la verificación de la linealidad se pueden utilizar distintos tipos de instrumentos.
Anteriormente se llevaban los sensores a un laboratorio que contaba con un túnel de
viento. Se generaban diferentes velocidades de viento y se verificaba la respuesta del
sensor. Actualmente se utilizan los generadores de revoluciones, instrumentos que se
basan en el principio de operación de los sensores. Estos realizan giros sobre un eje y
a su vez mantienen un control sobre las revoluciones por unidad de tiempo,
207
generalmente minuto (rpm, revoluciones por minuto). El procedimiento que se describe
a continuación es para el uso de estos instrumentos.
I. Sin desmontar el sensor, retirar las copas o las propelas, según corresponda al
tipo de instrumento.
II. Montar el generador de revoluciones sobre el eje de rotación del sensor.
III. Con ayuda del manual del manual del sensor, calcular la correspondencia entre
la velocidad en metros por segundo (m/s) y la velocidad en revoluciones por
minuto (rpm).
IV. Calcular las rpm que se deben generar para el 10, 50 y 90% del rango del
sensor.
V. Cero rpm corresponde al umbral de torque del sensor, este puede verificarse en
el manual.
VI. Generar las rpm de los puntos de calibración en forma ascendente.
VII. Anotar la lectura del sistema de adquisición de datos en cada punto.
VIII. Verificar en el manual del instrumento si el resultado se encuentra dentro de los
límites aceptables.
Verificación del umbral de torque (starting threshold).
Para la verificación del umbral de torque se lleva a cabo el mismo procedimiento que se
realiza con los sensores de dirección utilizando los discos de torque. Este puede ser
aplicado para cualquier tipo de sensor de velocidad de viento con eje de rotación.
Calibración de sensores de temperatura.
La calibración de los sensores de temperatura consiste en comparar la respuesta de
este contra un valor conocido o con la respuesta de un termómetro de referencia (con
trazabilidad a patrones nacionales o internacionales) y determinar si la diferencia está
dentro de los límites aceptables. La mayoría de los sensores modernos no necesitan
ajustarse para que la lectura coincida con el valor conocido o de referencia, si todos sus
componentes están funcionando adecuadamente, de esta forma el resultado de la
verificación es se acepta o no se acepta. Algunas veces, más que el sensor, las fuentes
208
de problemas pueden ser el uso de un cable de señal inadecuado o instrucciones de
procesamiento de señales incorrectas.
Las guías de la USEPA especifican el límite de tolerancia de la diferencia entre la
lectura del sensor y el valor de referencia de ± 0.5°C.
En la actualidad, los sensores de temperatura que se utilizan no son de inmersión. En
este caso, la calibración deberá hacerse de acuerdo a lo establecido en el manual del
instrumento. La verificación puede hacerse comparando el sensor contra un termómetro
de referencia, procurando mantener las puntas de los sensores lo más cercano posible
una de la otra, sin que se junten. Para obtener mayor información del desempeño del
sensor, esto se puede hacer en diferentes ambientes (cerca de la salida del aire
acondicionado, en un lugar con mayor temperatura, etc.). Se recomienda que la
verificación se realice en al menos 3 puntos.
Se debe manipular la torre meteorológica para que el sensor esté al alcance del
técnico. Para llevar a cabo el procedimiento, es necesaria la participación de dos
operadores, uno para manipular el sensor en sitio y el otro para anotar las lecturas que
reporta el sistema de adquisición de datos. Al menos uno de ellos debe estar
familiarizado con los instrumentos meteorológicos para hacer los movimientos
requeridos en la torre y en los sensores.
Procedimiento general de verificación de sensores de inmersión.
La verificación se debe realizar en tres o más niveles de temperatura, espaciados
dentro del rango del sensor. Se recomienda realizarlo en valores cercanos a 0, 20 y
40°C.
I. Sin desconectarlo, retirar el sensor de la torre.
II. Preparar el baño de acuerdo a la temperatura establecida para el primer punto.
III. Colocar las puntas del sensor y del termómetro de referencia dentro del baño.
IV. Permitir que los sensores alcancen el equilibrio térmico.
V. Anotar la lectura del termómetro de referencia y la del sensor, reportada en el
sistema de adquisición de datos.
209
VI. Realizar los pasos II, III, IV y V para los otros dos puntos de verificación. Nota:
para reducir el estrés físico en los sensores, se debe permitir que las puntas
alcancen el equilibrio con las condiciones ambientales antes de sumergirlas en
otro baño.
Calibración de humedad relativa.
La verificación de los sensores de humedad relativa consiste en comparar la salida del
instrumento contra un valor conocido y determinar si la diferencia está dentro de los
límites aceptables. Actualmente, los sensores modernos de humedad relativa pueden
incluir un software de calibración. Un factor esencial para obtener dos mediciones
comparables de humedad relativa es que los sensores estén cercanos a la misma
temperatura. El sensor mide básicamente las moléculas de vapor de agua. El valor
reportado de humedad relativa y del punto de rocío se debe a la aplicación de
algoritmos que incluyen la temperatura, es por esto que dos sensores a una
temperatura significativamente diferente reportarán diferentes valores de salida para la
misma exposición de humedad.
Las guías de la USEPA especifican como límite de tolerancia de la diferencia entre el
valor conocido y el observado del sensor de ± 1.5°C en términos del punto de rocío.
Para los valores de humedad relativa menores a 40%, la diferencia aceptable del punto
de rocío se traduce en un valor de humedad relativa más pequeño que el que la
mayoría de los instrumentos pueda reportar. Por lo tanto, un sistema de dos niveles de
humedad relativa aceptable: de ± 7% debajo del 40%, y usando la diferencia
recomendada del punto de rocío arriba de ese nivel pueden proveer de criterios
constantes en el rango de los niveles de humedad relativa.
Las verificaciones desempeñadas en campo utilizando el sistema completo para la
medición de humedad relativa y el procesamiento de señales usado durante las rutinas
de operación reducen la incertidumbre de la prueba, aunque el traslado del sistema
puede ser la dificultad para proveer un ambiente estable de humedad relativa en sitio.
La verificación se debe realizar en tres o más niveles de humedad, espaciados en el
rango del sensor y dentro del rango en que el ambiente produce atmósferas estables.
Los valores típicos para la verificación son 35, 50, 75 y 90%. Sin embargo, dependerá
del método con el cual se realice la verificación.
210
La norma internacional ASTM E104 describe procedimientos para producir niveles de
humedad estables usando sales en soluciones acuosas. Pequeñas cámaras
comerciales capaces de mantener los niveles preestablecidos de humedad pueden
proporcionar el ambiente estable necesario para la verificación. La necesidad de una
temperatura estable hace que se requiera el uso de estas cámaras en un ambiente
razonablemente bien controlado.
En la Tabla 4.3 se encuentran ejemplificadas algunas de las sales utilizadas para la
verificación, la cantidad de humedad relativa que generan y su precisión.
Tabla 4.3. Soluciones saturadas para la verificación de sensores de humedad.
Solución saturada
LiCl
MgCl
NaCl
K SO4
Humedad
relativa
%RH
11
33
75
97
Precisión
%RH
±1.3
±1.2
±1.5
±2.0
Procedimiento general para la verificación de sensores de humedad mediante el uso de
sales saturadas en solución acuosa.
Para la generación de diferentes ambientes de humedad relativa mediante el uso de
sales saturadas en soluciones acuosas se debe consultar la norma internacional ASTM
E104.
I. Desmontar el sensor de humedad relativa sin desconectarlo.
II. Preparar la cámara de soluciones en insertar el termómetro en la solución
correspondiente.
III. Retirar la tapa protectora del sensor (Figura 4.9).
Figura 4.X. Tapa de sensor desmontada.
211
IV. Destapar la cámara que contiene la solución acuosa correspondiente.
V. Insertar el sensor en el orificio de la cámara (Figura 4.10).
Figura 4.10. Montaje de sensor y termómetro en la cámara.
VI. Esperar alrededor de 15 a 20 minutos para la estabilización de la lectura.
VII. Anotar la lectura reportada en el sistema de adquisición de datos.
VIII. Retirar el sensor y enjuagar con agua destilada la punta del mismo.
IX. Tapar la cámara de la solución acuosa.
X. Repetir los pasos del IV al IX para las demás soluciones acuosas.
XI. Si es necesario realizar ajustes al sensor, se deberá realizar nuevamente la
verificación.
Calibración de sensores de presión.
La verificación de los sensores de presión permite determinar el estado operacional del
mismo durante el periodo de funcionamiento, y los ajustes necesarios para lograr que
este realice mediciones con la mayor exactitud posible.
212
La verificación del sensor consiste en comparar la lectura de este contra la de un
estándar de transferencia certificado (instrumento con trazabilidad) para la medición de
presión atmosférica por un periodo de varios días. Las lecturas deben realizarse en
ambos instrumentos a la misma altura, cuando el viento es menor a 12 m/s y cuando la
presión es constante o cambia en menos de 1 hPa.
Al menos cada seis meses, las lecturas colectadas por varias horas de un sensor de
presión deben ser comparadas bajo similares circunstancias contra un estándar de
transferencia certificado; se debe establecer un promedio de las diferencias de las
lecturas. Si este valor es mayor a 3 mbar (2.25 mmHg) el barómetro de la estación debe
ser enviado al fabricante para su revisión y recalibración.
Calibración de sensores de radiación solar.
Los medidores de radiación neta deben ser sometidos a verificación durante dos días
consecutivos con clima despejado. Estas verificaciones requieren que sean realizadas
mediante la comparación “lado a lado” del sensor del sito con un sensor estándar de
transferencia de diseño similar (esto se recomienda para eliminar cualquier desviación
de diseño). El estándar de transferencia debe contar con trazabilidad y ser calibrado
una vez al año. Si no es posible de realizar la comparación “lado a lado”, el sensor debe
ser regresado al fabricante o enviado a un laboratorio que cuente con la infraestructura
para verificar la calibración.
Procedimiento “lado a lado”.
I. Montar el sensor y el estándar de transferencia en una plataforma. Verificar la
nivelación de ambos sensores: dado que una buena medición depende de la
horizontalidad del instrumento, este proceso debe ser realizado estrictamente.
II. Los dos sensores deben estar conectados al sistema de adquisición de datos.
III. Dejar los sensores operando al menos dos días consecutivos con clima
despejado. Se recomienda poner un letrero de advertencia para que no se
obstruya a los sensores con sombras u objetos.
IV. Revisar con frecuencia que los sensores se encuentren operando correctamente.
V. Recolectar los datos de los días de exposición de los sensores.
VI. Retirar el estándar de transferencia y guardar.
213
VII. Con la información colectada, construir gráficos y calcular las regresiones para
determinar el estado de funcionamiento del sensor.
Referencias.
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American Conference of Governmental Industrial Hygienists (1989). Air sampling
Instruments. Susanne Hering, Technical editors, 7th edition, Cincinnati, Ohio.
•
CARB (1997). Standard Operating Procedures for Air Quality Monitoring. Vol. II,
Appendix A, B, C, California Air resources Board, State of California.
•
EPA (1998). Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems,
Vol. II; Part 1, Office of Air Quality Planning and Standards, Research Triangle
Park, USA.
•
EPA (2006) Quality Assurance Handbook for Air Pollution Measurement Systems,
Vol. IV: Meteorological Measurements. Vol. 1.0.
•
Janhke. J, (1993). Continuous Emission Monitoring. Van Nostrand Reinhold,
Ontairo, Canada
•
Ness. S (1991). Air Monitoring for Toxic Exposures, an Integrated Approach. Van
Nostrand Reinhold, New York.
•
Radian (1992). Operation manual Ambient Air Monitoring Systems-SIMA. Radian
Corporation, Austin, Texas.
•
Teledyne Instruments (2002). Instructor Manual Ozone Analyzer Model 400 E.
Teledyne Technologies Company, San Diego, CA.
•
CFR (2004). Code of Federal Registers Title 40. Protection of Environment, PART
58-AMBIENT AIR QUALITY SURVEILLANCE.
•
CENMA. Instructivos para la calibración de sensores meteorológicos. Comisión
Nacional de Medio Ambiente. Santiago de Chile, 2003.
214
Manual 5 Protocolo de Manejo de Datos de la Calidad del Aire
215
INDICE
INTRODUCCIÓN................................................................................................. 218
1. INTRODUCCIÓN AL MANEJO DE DATOS .................................................... 220
1.1 Manejo de los datos ................................................................................... 222
1.2 Los OCD y ECD en el ciclo de vida de los datos en un proyecto ............... 224
2. BASES DE DATOS DE CALIDAD DEL AIRE Y CRITERIOS BÁSICOS PARA SU
MANEJO.............................................................................................................. 227
2.1 Formato de Bases de Datos....................................................................... 227
2.2 Sistemas de Monitoreo Automático............................................................ 230
2.2.1 Limpieza y verificación de datos en los sistemas de monitoreo atmosférico
...................................................................................................................... 230
2. 2. 1. 1 Limpieza de datos .......................................................................... 230
2.2.1.2 Macros para la asignación de banderas durante la limpieza de datos234
2.2.2. Verificación de datos........................................................................... 235
2.2.2.1. Criterios de verificación automática de datos................................... 236
2.2.2.2. Criterios de verificación manual de datos ....................................... 237
2.2.2.3. Herramientas estadísticas útiles para la verificación de datos (EPA, QA-G9,
2000)............................................................................................................. 239
2.3.
Sistemas de Monitoreo Manual ................................................................ 241
2.3.1 Banderas sugeridas y su relación con el Control y Aseguramiento de la Calidad
......................................................................................................................... 243
2.4. Características de las bases de datos verificada.......................................... 244
2.4.1. Unidades de medición, clave de parámetro y cifras significativas.......... 244
216
3. Procedimiento para obtener indicadores de la calidad del aire ....................... 246
3.1. Tipos de indicadores y su especificación .................................................. 246
3.2. Criterios de compleción de datos .............................................................. 252
3.2.1. Desempeño anual e histórico por estación de monitoreo ................... 252
3.3. Tipos de indicadores ................................................................................. 254
3.3.1 Indicadores de impacto en la salud...................................................... 254
3.3.1.1. Consideraciones para la interpretación de las NOM de calidad del aire256
3.3.1.2 Definición de Indicadores.................................................................. 258
3.3.2. Indicadores del comportamiento del contaminante ............................. 260
3.4.1. Ejemplos de las representaciones gráficas de los indicadores .............. 264
3.4.1.1. Indicadores de impacto en la salud.................................................. 264
3.4.1.2. Indicadores relacionados con el comportamiento del contaminante 266
4. BIBLIOGRAFÍA................................................................................................ 269
5. ANEXOS.......................................................................................................... 273
ANEXO I. Ajuste de datos por resultados de la verificación cero-span ............ 273
ANEXO II. Límites de detección de los principales marcas y modelos de equipos de
monitoreo de la calidad del aire en México ...................................................... 274
ANEXO III Herramientas estadísticas .............................................................. 275
217
INTRODUCCIÓN
Durante los últimos años se ha observado en el país, un ritmo constante en el
desarrollo de los diferentes sistemas de monitoreo atmosférico, principalmente en lo
que se refiere al conjunto de equipos de monitoreo y unidades de adquisición de datos,
por lo que es una necesidad fundamental lograr la homologación de las prácticas de
monitoreo atmosférico, esto es, establecer sistemas de control y aseguramiento de
calidad (CC y AC) que garanticen la veracidad de los datos que generan, tal como se
estableció en el Programa Nacional de Monitoreo Atmosférico (INE-DGCENICA, 2004).
Actualmente la confiabilidad de la información generada por los sistemas de monitoreo
queda, en gran parte, supeditada a la calidad del trabajo operativo y al rigor de las
instituciones responsables de su manejo. En México son las autoridades ambientales
locales las que cuentan con la atribución de administrar, medir y evaluar los niveles de
los contaminantes en la atmósfera (DOF, 2006).
En muchos países los métodos de medición están normados con el fin de asegurar que
la información generada por las redes sea confiable, comparable con otras redes y de
suficiente calidad, en este sentido y con el fin de atender algunas de las deficiencias en
el manejo de datos de calidad del aire que se presenta en algunas redes de monitoreo
locales, el Instituto Nacional de Ecología (INE) ha desarrollado este documento como
una referencia metodológica que presenta una serie de elementos y criterios a
considerar en el manejo de las bases de datos de la calidad del aire, desde la
generación del dato en la estación de monitoreo hasta el calculo de indicadores y su
reporte, y de esta manera asegurar la compatibilidad de los resultados que se generen
a nivel nacional.
Con este documento se complementa una serie de seis manuales, con los que se
pretende asegurar y controlar la calidad de los datos generados por las redes de
monitoreo atmosférico del país para estar a nivel competitivo con otras regiones, y que
la toma de decisiones hacia el mejoramiento de la calidad del aire en beneficio de la
salud y el ambiente se lleven a cabo con bases sólidas. Los documentos contienen
información relevante que cubre todos los aspectos del monitoreo atmosférico, desde el
diseño de una red de monitoreo hasta la validación de los datos y su difusión pública,
218
pasando por la operación, mantenimiento, actividades de aseguramiento y control de
calidad y auditorías.
Este documento, que es el número cinco de la serie, se divide en tres capítulos y se
complementa con tres anexos En el primer capítulo, y para dar el contexto general de lo
que contiene el manual, se expone de manera muy general en que pasos dentro del
monitoreo atmosférico se lleva a cabo el manejo de datos y la importancia de que se
realice de manera adecuada,
El segundo capítulo tiene por objeto introducir al lector en las primeras etapas del
manejo de datos de sistemas de monitoreo automático: la limpieza y verificación;
presenta, además, temas como el formato de la base de datos, definiciones, uso y
ejemplos de aplicación de banderas para calificar los datos y también se señalan
algunas herramientas estadísticas que son comunmentes usadas en estas etapas de
limpieza y verificación. Se incluye también una sección para el manejo de datos de
redes manuales y finalmente, se describen las características que deberán tener las
bases de datos verificadas que provienen de ambos tipos de sistemas.
En el tercer capítulo se presenta una selección de indicadores de calidad del aire, su
definición y los elementos técnicos a considerar en su procesamiento; asimismo, se
propone cómo interpretar las especificaciones de las Normas Oficiales Mexicanas
(NOM) de calidad del aire publicadas por la Secretaría de Salud y se dan algunas
propuestas de cómo presentar los indicadores de manera gráfica.
En el primer anexo se muestra el ajuste de datos por resultados de la verificación cerospan, yen el segundo los límites de detección de equipo.
En relación a los manuales que complementan la serie, se presenta a continuación un
breve resumen del contenido de cada uno de ellos (INE-DGCENICA, 2007). En el
manual 1 se describe el contenido de cada uno de los documentos de la serie y que
dan sustento al monitoreo atmosférico, se establece su importancia y se definen los
conceptos que se utilizarán a lo largo de la serie.
Ell manual 2 describe varios temas relacionados con los componentes básicos de los
sistemas de monitoreo atmosférico y su administración, como son: la definición de los
diversos tipos de contaminantes y sus orígenes, cuáles son los contaminantes criterio y
219
porque deben medirse, la importancia de medir parámetros meteorológicos, Asimismo,
se listan algunos equipos útiles para el envío de la información, y se señala la
necesidad de contar con un centro de computo para el procesamiento y análisis de los
datos, posteriormente la difusión que debe hacerse de la información. y de manera
general se describen la áreas necesarias para brindar una adecuada administración de
estos sistemas de monitoreol
El manual 3 se explica cuales son los pasos a seguir para implementar una red de
monitoreo y el manejo de las diferentes metodologías para la selección de los sitios. El
planteamiento del diseño se hace desde un punto de vista interdisciplinario que incluye
al personal responsable del manejo de los problemas ambientales de la zona.
En el manual 4 se detallan las especificaciones técnicas mínimas que deben cumplir los
equipos de monitoreo para la medición de gases y algunas fracciones de partículas
suspendidas, también se señalan las actividades de mantenimiento preventivo que
deben recibir los equipos de monitoreo para su correcta operación.
La serie se cierra con el manual 6, en el que se establecen las bases técnicas para
instrumentar y realizar un programa nacional de auditorías a los sistemas de monitoreo
atmosférico que incluye las actividades de preauditoría, auditoría y elaboración del
reporte final.
1. INTRODUCCIÓN AL MANEJO DE DATOS
El monitoreo atmosférico, en general, obedece objetivos específicos, tales como
evaluar el grado de cumplimiento de las normas de la calidad del aire y/o avances que
haya de este, para informar al público, identificar las tendencias a largo plazo de los
contaminantes atmosféricos, desarrollar y evaluar programas y estrategias para el
manejo de la calidad del aire, entre otros (USEPA, 1998; WHO, 2006). El manual 1 de
esta serie contiene mayores detalles sobre los objetivos del monitoreo atmosférico.
Para cumplir con estos objetivos, las estaciones de monitoreo deben estar ubicadas
estratégicamente para cuantificar los niveles de contaminación en sitios representativos
que permitan caracterizar adecuadamente la contaminación en una región específica.
220
En este sentido, el diseño de las redes de monitoreo puede orientarse a determinar las
concentraciones máximas (valores pico) en el área cubierta por la red de monitoreo;
informar al público acerca de los niveles de contaminantes en la atmósfera; ó
determinar el impacto de una fuente o categoría específica de fuentes (fijas, móviles,
lineal y de área) en la contaminación del aire.
Las redes de monitoreo se constituyen de un número variable de estaciones de
monitoreo donde están ubicados los equipos de medición, y un centro de control, donde
se almacenan, verifican y validan los datos generados por las mismas (figura 1.1). Por
lo anterior, es necesario homologar los criterios y procedimientos usados en la limpieza,
verificación, validación, y el control y aseguramiento de la calidad de la información,
desde que se genera el dato en las estaciones de monitoreo hasta que se reporta en
forma de indicadores de la calidad del aire, para asegurar que la información sea
compatible y comparable entre estaciones de una misma red y entre redes de
diferentes localidades. El éxito de las decisiones que se tomen con estos datos
dependerá de su calidad, de la facilidad con que se pueda acceder a ellos, de la forma
como están agregados y de la interpretación que se les de. Asimismo, para que la toma
de decisiones en materia de calidad del aire se fundamente en información veraz sobre
la concentración de contaminantes en la atmósfera, es necesario que en los sistemas
de monitoreo atmosférico se cuente con un sistema de calidad que incluya no sólo los
planes de aseguramiento y control de calidad (AC y CC), sino también, el objetivo de la
calidad de los datos y su evaluación (OCD y ECD) y que se lleven a cabo de manera
rutinaria.
221
Figura 1.1 Flujo en el manejo de datos de calidad del aire
Planeación
Manejo de datos
Muestra de aire
ambiente
Centro de control
Almacenamiento
y procesamiento
de información
Datalogger
CO SO2
NO2 O3
PM10 PM2.5
Concentración
de información
Asignación de
banderas
automáticas
(limpieza)
Transmisión
de datos
Asignación de
banderas
manuales
limpieza
verificación
Base validada
Indicadores
de OCD
verificación y validación
Estación de Monitoreo
Procesamiento
de las bases
de datos
validadas bajo
ciertos criterios
Generación
de Indicadores
Plan de AC y CC
Implementación
En los siguientes capítulos se describen los procedimientos que deben seguirse para el
manejo de datos de monitoreo, que comprende la limpieza, verificación y validación de
los datos, así como, la generación de indicadores de calidad del aire.. Estos procesos
están comprendidos dentro de la fase de implementación en el ciclo de vida de los
datos (figura 1.2), descrita en la sección 1.2.
1.1 Manejo de los datos
Para que se cumplan los objetivos de monitoreo, la operación de las redes de
monitoreo es tan importante como la limpieza, verificación y validación de los datos,
porque todo en conjunto permite maximizar la integridad de los mismos. De acuerdo
222
con la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (USEPA, por sus siglas en
inglés) la verificación de datos se refiere al proceso de evaluar que éstos estén
completos, sean correctos, y conforme al método, procedimiento o requisitos
establecidos (USEPA, 2002). Por otro lado, la validación de datos se concibe como un
proceso para determinar la calidad analítica de un conjunto de datos de acuerdo con las
necesidades particulares (por ejemplo, un plan de aseguramiento de calidad [CA]). La
verificación y validación de datos son pasos usualmente secuenciales y que
frecuentemente se realizan por diferentes personas. Por ejemplo, la verificación de los
datos empieza, en algunas ocasiones, en las estaciones de monitoreo, mientras que la
validación de datos se lleva a cabo posteriormente.
La limpieza de los datos consiste, entre otros, en la asignación (automática o manual)
de banderas para la identificación de valores fuera de rango y nulos. Por otra parte, la
verificación de datos ocurre después de la limpieza inicial, y comprende la revisión de
los datos limpios y la asignación de banderas en situaciones específicas, para lo cual se
pueden utilizar herramientas complementarias, como macros en Excel, que automatizan
la asignación de banderas a los datos horarios. Estos procesos se describen a detalle
en el capítulo dos de este documento.
Una vez que los datos han sido verificados, se aplican criterios (precisión, sesgo,
representatividad, suficiencia, entre otros) para evaluar los OCD y validarlos. Una vez
que los datos han sido validados de acuerdo al objetivo para el cual fueron generados
pueden ser utilizados para generar indicadores de la calidad de aire. Un indicador se
define, de manera general, como un valor que cuantifica y simplifica un fenómeno, y
que ayuda a entender condiciones complejas (IISD, 2006). Para el caso de calidad del
aire, un indicador es un medio compacto, una representación numérica de una gran
cantidad de datos de calidad del aire medidos en un área dada. (CARB, 1989).
Por lo anterior, los indicadores sobre calidad del aire permiten, entre otras cosas,
evaluar la situación de la contaminación atmosférica y comunicar al público la calidad
del aire que respira, ambos objetivos del monitoreo atmosférico.
Para generar los indicadores de la calidad del aire es necesario definir criterios para el
procesamiento de la información registrada en las redes de monitoreo. El propósito es
homologar estos procedimientos en el país y reducir la incertidumbre asociada con su
223
cálculo. Los procedimientos y criterios para este propósito se especifican a detalle en el
capítulo tres.
Cabe mencionar que los procedimientos que se describen en el capítulo tres son
aplicables a los datos generados en cada estación de monitoreo y no para determinar
las condiciones generales de la ciudad o zona metropolitana debido a que sólo el
Sistema de Monitoreo Atmosférico de la Ciudad de México reporta la representatividad
de sus estaciones (ver manual 2) (INE, 2007). El cálculo de indicadores para
representar estrictamente las condiciones de una ciudad o zona metropolitana podrá
llevarse a cabo una vez que se caracterice, evalúe y reporte la representatividad de las
estaciones de monitoreo, lo que permitiría una mejor y más adecuada interpretación de
los indicadores de calidad del aire.
1.2 Los OCD y ECD en el ciclo de vida de los datos en un proyecto
Como ya se mencionó anteriormente, en México no se cuenta con la estructura para
soportar un sistema de calidad en el que se consideren los OCD y la ECA. Por lo tanto,
es importante tomar en cuenta estos conceptos y su relevancia dentro del contexto del
ciclo de vida de los datos y del monitoreo atmosférico, de acuerdo al sistema de la
Agencia de Protección al Ambiente de los Estados Unidos (USEPA, por sus siglas en
inglés).
El ciclo de vida de los datos de acuerdo a la USEPA (USEPA, 2000) comprende tres
etapas (figura 1): planeación, implementación y evaluación. Durante la fase de
planeación los procesos de los objetivos de la calidad de los datos (OCD) se utilizan
para definir criterios cuantitativos y cualitativos para determinar cómo, cuándo, dónde y
cuántas muestras (mediciones) se van a recolectar para alcanzar el nivel de
confiabilidad deseado. En la etapa de implementación, se consideran la información
que se generó en la etapa anterior, el plan de aseguramiento de calidad documentado –
que contiene los métodos de muestreo, los procedimientos analíticos y los
procedimientos apropiados de aseguramiento y control de calidad (AC y CC) – y la
recolección, limpieza, verificación y validación de los datos de acuerdo con las
especificaciones de dicho plan. Por último, la evaluación de la calidad de los datos
completa el ciclo de vida del proyecto al proveer la evaluación necesaria para
determinar si se cumplió con los objetivos planteados en la etapa de planeación (figura
224
1.2). En este sentido, al proceso de evaluar los datos contra los OCD se le llama
evaluación de la calidad de los datos (ECD) y consiste en volver a revisar las rutinas de
AC y CC y las de limpieza, revisión, verificación y validación de datos para determinar si
los OCD se cumplieron y que los datos son adecuados para el uso previsto.
Figura 1.2 Etapas del ciclo de vida de los datos en un proyecto
Manejo de datos
Planeación
sistemática
(Proceso de los
OCD)
Planeación
Colección de los
datos
Plan para el
proyecto de
AC/CC
(auditoria y
revisión técnica)
Limpieza,
Verificación y
Validación de
datos
Evaluación de
la calidad de
datos
(ECD)
Implementación
Toma de decisiones bien fundamentada
Fuente: adaptado de USEPA
Los objetivos de la calidad de los datos dentro del sistema de calidad de la USEPA y
dentro del contexto de monitoreo atmosférico se refieren a aseveraciones cuantitativas
y cualitativas derivadas del proceso de los OCD. Este proceso consiste en una serie de
pasos lógicos que deben de llevar a cabo los responsables de las redes de monitoreo
atmosférico y que inicia desde que se planea el diseño de las mismas y se aplica a la
toma de decisiones. Los pasos involucran la definición de los siguientes aspectos: el
problema a resolver – por ejemplo, detectar el cumplimiento de las normas de calidad
del aire, identificar tendencias a largo plazo de los contaminantes atmosféricos, proveer
de bases de datos para investigación, entre otros, la decisión a tomar, la información
requerida para tomar la decisión, los límites del estudio, la regla de decisión y los límites
225
de incertidumbre aceptables. Finalmente, se requiere la optimización del diseño del
estudio. (USEPA, 2006).
Los diferentes objetivos de monitoreo pueden requerir de diferentes OCD, lo que puede
volver complejo su desarrollo. Para solventar está situación se propone establecer los
OCD para el objetivo que necesita una calidad de los datos más rigurosa, de manera
que la calidad del los datos para los demás objetivos también se cumpla (USEPA,
1998). En la USEPA los OCD han sido establecidos, en primera instancia, para
asegurar que las decisiones que se tomen en relación al cumplimiento de los
estándares (National Ambient Air Quality Standards, NAAQS) se encuentren dentro de
un grado de certidumbre especifico.
Una vez que se han especificado los OCD, se debe valorar y controlar la calidad de los
datos para asegurar que se mantienen dentro de los criterios de aceptación
establecidos. La medición de los OCD se diseña para evaluar y controlar varias fases
del proceso de medición (muestreo, preparación y análisis) y para asegurar que la
incertidumbre total se encuentre dentro del rango prescrito en los OCD. La medición de
los OCD se define con los siguientes criterios de calidad: precisión, sesgo,
representatividad, posibilidad de detección, suficiencia y grado de comparación.
La evaluación de la calidad de los datos (ECD) se define como una valoración científica
y estadística de un conjunto de datos para determinar si estos son adecuados para ser
utilizados, de acuerdo a un propósito específico, en cuanto a su calidad, cantidad y tipo.
Esta etapa en el ciclo de vida de los datos es fundamental para garantizar los
resultados que se derivan de los mismos (figura 1.2).
La evaluación de la calidad de los datos en la USEPA se basa en una premisa
fundamental: la calidad de los datos, como un concepto, es significativa solamente
cuando está relacionada al uso para el cual fueron generados los datos, por lo que es
importante conocer en qué contexto se va a utilizar un conjunto para establecer un
criterio relevante a fin de determinar la conveniencia de utilizarlos.
El proceso de la ECD se ha desarrollado para los casos donde se han establecido OCD
formales. Sin embargo, y en relación a los OCD hay una técnica propuesta por la EPA
para la aceptación de la calidad de los datos si es que una red no tiene OCD formales
226
(esto es, que fue establecida antes del desarrollo del proceso de los OCD); con la
aplicación de está técnica podría corregirse dicha situación (USEPA, 2000).
La breve introducción anterior muestra la importancia de que los OCD y la ECD sean
llevados a cabo en las redes de monitoreo atmosférico mexicanas. El alcance de este
documento es dar a conocer que existen estos procedimientos y que aunados a una
adecuada implementación para la colección de datos, las actividades del AC y CC y el
manejo adecuado de datos dentro del ciclo de vida de los mismos, respalda la certeza
de que las decisiones que se tomen con base en dicha información están bien
fundamentadas y soportadas. En el capítulo cuatro se abordan con más profundidad
estos conceptos.
2. BASES DE DATOS DE CALIDAD DEL AIRE Y CRITERIOS BÁSICOS PARA SU
MANEJO
El siguiente capítulo tiene por objeto introducir al lector en las primeras etapas del
manejo de datos de sistemas de monitoreo automático: la limpieza y verificación;
presentando, además, los primeros pasos a seguir para la conformación de una base
de datos y estableciendo una propuesta de formato de la misma. Se describen, para
este manejo, conceptos para calificar los datos, se dan algunos ejemplos de aplicación
y también se señalan algunas herramientas estadísticas que son comunmentes usadas
en estas etapas. Posteriormente, se comentan algunos aspectos importantes para el
manejo de datos de redes manuales y finalmente, en el último apartado, se describen
las características y la denominación que deberan tener las bases verificadas de datos
de ambos tipos de sistemas.
2.1 Formato de Bases de Datos
Una vez obtenidos los datos de calidad del aire por los equipos de monitoreo, ya sean
automáticos o manuales deberá conformarse una base de datos. En el caso del
monitoreo automático, las señales analógicas generadas por los equipos de monitoreo
se envían a un sistema de adquisición de datos, SAD, en donde dichas señales son
transformadas a señales digitales. Estas señales digitales son procesadas por el SAD
para obtener los valores respectivos de concentración o unidades físicas, en términos
227
de los canales de datos preconfigurados por el operador de dicho sistema,
conformando finalmente la base de datos, la cual es respaldada tanto en la memoria del
SAD como en una computadora que por lo general se tiene conectada a dicho SAD. En
el caso de los equipos manuales, las variables necesarias para obtener la
concentración de partículas se registran en una hoja de cálculo que sirve tanto para
vaciar los registros como para realizar los cálculos, finalmente, se recomienda que en
otra hoja se registren los resultados fnales de todas las estaciones de la red, esta hoja
se considera como la base de datos del muestreo manual.
Las bases de datos de calidad del aire como cualquier base de datos, deberá tener una
estructura definida y ordenada, donde la fecha y la hora determinan el orden de las
mismas. Asimismo, se deben de especificar los campos que definen esta base de
datos, que en calidad del aire pueden ser los parámetros a medir o estaciones donde se
mide cada parámetro, con sus respectivos atributos, características de la misma:
valores con decimales, números enteros, entre otros. (SIMPSON, 1989). La estructura
de la base de datos cruda estará definida por el software de adquisición de datos,
pudiendo ser desde archivos de texto, txt, dbf (database file), de excel, de tipo dat, entre
otros. De cualquier manera, el administrador (o analista) de la base de datos, podrá
definir el formato que a su juicio sea el más conveniente y fácil de usar, modificando el
especificado por el software de adquisición de datos.
No obstante que la decisión final sobre el formato a usar, la tienen los responsables del
manejo de datos, la DGCENICA ha desarrollado programas basados en macros de
excel y que tienen la finalidad de apoyar a las redes de monitoreo del país en las tareas
de limpieza y verificación de datos, para el uso de estas herramientas se emplea el
formato propuesto en la tabla 1.
228
Tabla 1 Formato de tabla para manejo de datos
En el ejemplo de la tabla 1 se sugiere establecer la base en función de los parámetros a
medir por lo que los campos de la base estarán definidos de la siguiente manera:
La primera columna corresponderá a la fecha, la segunda a la hora, la tercera a la clave
de la primera estación, seguida de una columna para banderas, a continuación la
segunda estación, seguida de una columna para banderas y así sucesivamente. Este
archivo será denominado de acuerdo al parámetro medido que se estableció para la
misma. Todos los registros de las estaciones que se encuentran midiendo este
parámetro deberán ser ordenados en columnas consecutivas en el mismo archivo, en
función de la estación, fecha y hora en que fueron generados. Asimismo, los campos
para banderas deberán también conservar aquellas previamente asignadas por el
software de adquisición de datos.
Finalmente, se recomienda guardar las bases de datos originales de cada etapa del
proceso de manejo de datos. Esta primera base de datos se conoce con el nombre de
base de datos cruda.
229
2.2 Sistemas de Monitoreo Automático
Las banderas 5 asignadas y los formatos de las bases de datos de los sistemas de
monitoreo de cada zona o ciudad, como se señaló, difieren incluso entre estaciones del
mismo sistema de monitoreo, debido a que se emplean diversas marcas y modelos de
sistemas de adquisición de datos. Para fortalecer el análisis, evaluación y comparación
de los datos a nivel nacional, será necesario homologar los procedimientos del manejo
de datos. Inicialmente este apartado propone una metodología base para calificar los
datos resultado del monitoreo de calidad del aire.
2.2.1 Limpieza y verificación de datos en los sistemas de monitoreo atmosférico
La limpieza y verificación de datos, como ya se mencionó, constituyen la primera etapa
del manejo de datos, representan la valoración de la concordancia entre los
procedimientos operativos y los métodos de monitoreo, y sirven para identificar y
señalar todos aquellos valores que no representan situaciones reales en la medición de
calidad del aire, que fueron producto de errores o actividades programadas en y para el
sistema de medición o eventos extraordinarios que impactan directamente a la estación
de monitoreo.
Es importante señalar que la limpieza y verificación de datos se encuentran
estrechamente ligadas, y el buen desempeño de ambas estará en función de una
adecuada coordinación y comunicación entre los diferentes equipos de trabajo
(operadores y analistas de datos), y de la existencia y disponibilidad de todos los
registros operativos (hojas de calibración, bitácoras, listas de chequeo, programas de
mantenimiento, cartas de registro, entre otros.) Esta organización interna de personal y
los registros serán de gran utilidad para la comprobación de los eventos y estos últimos
serán turnados a cada equipo revisor, quien les dará seguimiento, los confirmará y
valorará.
2. 2. 1. 1 Limpieza de datos
Es la etapa inicial del manejo de datos, en donde se aplican una serie de criterios, de
forma manual, semi-automática o automática en algunos casos, para diferenciar los
5
Bandera: Es un código alfa-numérico que califica el estado de cada dato y que define si este puede ser utilizado
para reportes con un mayor o menor nivel de certidumbre, o no en caso contrario se invalida el dato.
230
datos correctos de los falsos o incorrectos, es decir aquellos valores que no
corresponden a mediciones de calidad del aire.
En la limpieza de datos se asignan por lo menos cinco banderas, las cuales son
señaladas en la tabla 2. Estas banderas se encuentran relacionadas directamente con
los sucesos (programados y no programados) que se presentaron durante el periodo de
medición, por ejemplo, pruebas de cero y span de los equipos de monitoreo,
mantenimiento y calibración, cortes de energía eléctrica, entre otros. Estos sucesos
deben estar debidamente identificados en la bitácora de operación, y en algunos casos
también en la bitácora electrónica del sistema de adquisición de datos, con la bandera
respectiva ligada al dato. Al respecto de la asignación de banderas de limpieza, con
ayuda del sistema de adquisición de datos, su aplicación estará en función de dos
aspectos: 1) las características de dicho sistema (marca y modelo) y 2) la adecuada
programación de sus funciones.
Tabla 2 Banderas usadas en la limpieza de datos
No.
1
2
3
4
5
6
Bandera
VA
IC
IR
VZ
ND
IF
Significado del dato
Válido
Inválido por calibración
Inválido por rango de operación
Válido igualado a cero o al límite de detección
No disponible
Inválido por falla del Equipo de Monitoreo
A continuación se describen las banderas que serán usadas para la limpieza de datos:
VA
Aquel dato que se considera correcto o verdadero, pero que esta sujeto a
revisión en la etapa de verificación de datos.
IC
(Dato inválido por calibración): en esta categoría serán incluidos los datos que
provengan de las actividades de calibración de los equipos de monitoreo; asimismo, se
incluirán aquellos datos generados como resultado de la ejecución del programa de
pruebas de zero/span.
IR
(Dato inválido por rango de operación): en esta categoría se incluyen valores
fuera de los límites superior e inferior fijados en el equipo de monitoreo (ver tablas 3 y
4). Cabe señalar que para el caso de los contaminantes el límite superior se fija de
231
acuerdo a las condiciones de la localidad y podrá diferir en aquellas localidades que se
encuentren en zonas críticas de calidad del aire, con alta densidad industrial, en donde
los niveles medidos pudieran ser mayores que los límites superiores recomendados en
este documento. Bajo esta premisa, para el caso de partículas suspendidas e
hidrocarburos se sugieren, en la tabla 3, dos rangos de operación que comúnmente son
empleados en estos equipos de monitoreo.
VZ
(Dato válido igualado al límite de detección o a cero): esta bandera aplica a datos
con valores negativos, que a excepción de la medición de la temperatura, deberán ser
igualados a cero o al límite de detección correspondiente para poderse incluir dentro de
la base de datos revisada. La tabla 5 (SMA-DF, 2004) señala tanto los contaminantes
como los valores límite tolerados para la asignación de esta bandera.
El uso de esta bandera esta en razón de tres causas: 1) Los equipos de monitoreo de
gases en particular, presentan un corrimiento electrónico generalmente negativo, que
muchas veces no es recomendable ajustar con una frecuencia mayor a la que
establece el programa de control y aseguramiento de calidad, 2) Esta bandera permite
cuantificar la cantidad de datos negativos encontrados por cada equipo de monitoreo, y
sirve como un indicador cuantitativo de la calidad de la medición y 3) La modificación
sugerida para el dato corresponde a menos del 1% del rango de operación del equipo
de monitoreo, por lo que valores negativos que son resultado de un mal funcionamiento
deberán quedar excluidos de este tipo de ajuste.
IF
(Dato inválido por falla en equipo): esta bandera debe ser asignada a aquellos
datos de los que exista evidencia en bitácora o listas de chequeo de alarmas en
equipos, es decir, aquellos cuyos parámetros de operación (temperaturas, flujos,
presiones, voltajes, entre otros.) se encuentran fuera de los rangos normales de
operación.
ND: (Dato Perdido) aplica a cualquier dato ausente, ya sea por fallas en transmisiónrecepción, cortes de energía, entre otros. A este dato, se le debe asignar en la base de
datos, un número que le proporcione carácter de nulidad, por ejemplo 9999 (NARSTO,
2000).
232
Tabla 3. Rangos típicos de operación de equipos de monitoreo de la calidad del
aire
Contaminante
Ozono (O3)
Dióxido de azufre (SO2)
Dióxido de nitrógeno (NO2)
Óxido nítrico (NO)
Óxidos de nitrógeno (NOx)
Monóxido de carbono (CO)
Hidrocarburos totales
Metanos
No metanos
Partículas PM10
Partículas PM2.5
Rango de operación
0-500 ppb
0-500 ppb
0-500 ppb
0-500 ppb
0-500 ppb
0-50 ppm
0-10 / 0-20 ppmc
0-10 / 0-20 ppmc
0-10 / 0-20 ppmc
0-500 / 0-1000 µg/m3
0-500 / 0-1000 µg/m3
Tabla 4. Rangos de operación de equipos meteorológicos
Parámetro
Temperatura ambiental
Humedad relativa
Presión Barométrica
Precipitación Pluvial
Radiación Solar
Radiación UV-A*
Radiación UV-B*
Velocidad de Viento
Dirección de Viento
Rango de operación
-50 a 50 0C
0 – 100 %
500 – 760 mmHg
0 – 10 mm
0-2000 W/m2
0 – 300 mW/m2
0 – 2000 mW/m2
0 – 5 MED/hr
0 - 600 mW/m2
0 – 50 m/s
0 – 360°
*Para estos instrumentos se muestran los rangos de operación de dos de las marcas
más comúnmente usadas, Solar Light y Keep & Zonnen
Tabla 5. Límite inferior sugerido para valores negativos
Contaminante
Ozono (O3)
Dióxido de Azufre (SO2)
Dióxido de Nitrógeno (NO2)
Oxido Nítrico (NO)
Óxidos de Nitrógeno (NOx)
Monóxido de Carbono (CO)
Mínimo inferior*
-3 ppb
-3 ppb
-3 ppb
-3 ppb
-6 ppb
-.4 ppm
Fuente: SMA-DF, 2004.
233
La asignación de las banderas: IR, relacionada con los rangos de operación 6 definidos
para cada contaminante o parámetro meteorológico medido, y VZ, relacionada con la
eliminación o ajuste de valores negativos, con base en los criterios definidos por el
sistema de control y aseguramiento de la calidad; se pueden establecer de forma
automática, mediante macros de Excel.
2.2.1.2 Macros para la asignación de banderas durante la limpieza de datos
Como resultado del procedimiento de limpieza de datos planteado en este documento,
la Dirección General del Centro Nacional de Investigación y Capacitación Ambiental
(DGCENICA) del INE, ha estado trabajando en el desarrollo de macros en Excel, para
“limpiar” los datos horarios conforme a los rangos de operación de los equipos de
monitoreo y valores negativos con su tolerancia para cada contaminante. Estas macros
asignan automáticamente las banderas relacionadas con cada uno de los casos que se
han descrito.
El uso de las macros parte de las siguientes consideraciones:
a)
Respetar las banderas que ya están asignadas, y en caso necesario asignar
aquellas que corresponden a datos fuera de rango de operación, igualar a cero los
negativos que están dentro del límite de tolerancia, abanderándolos con IR, VZ o ND,
según sea el caso.
b)
En ningún momento se borran datos, solamente se señalan con banderas para
que posteriormente sean verificados por el personal responsable de las estaciones de
monitoreo o usados para alguna estadística sobre el funcionamiento de los equipos de
monitoreo.
c)
Se usan dos columnas en la base de datos en relación a cada estación de
monitoreo, en una se manejan los datos adquiridos por los equipos de monitoreo y en la
otra las banderas asignadas a los datos (Ver tabla 6).
6
Rango de operación, son los limites superior e inferior establecidos para un instrumento y dentro
de los cuales se realiza la medición.
234
El programa que contiene las macros de limpieza de datos estará disponible en la
página Web del SINAICA (www.sinaica.ine.gob.mx). Cabe mencionar que estos macros
fueron diseñados para utilizarse en el manejo de los datos de las estaciones de
monitoreo de calidad del aire de la DGCENICA y deberán adaptarse a las condiciones
particulares de los equipos de monitoreo de cada sistema en particular.
Tabla 6. Ejemplo de la aplicación de la macro de limpieza de datos
hora
O3
B1 SO2
B2 NO
B3 NO2
B4 NOx
B5 CO
B6 PM10
B7
00:01 0.042 DV -0.004 IR 0.0004 VZ 0.006 DV 0.005 DV 3.296 DV -9999= DI
00:02 0.044 DV -0.004 IR 0.0004 VZ 0.005 DV 0.004 DV 3.266 DV -9999= DI
00:03 0.044 DV -0.004 IR 0.0004 VZ 0.007 DV 0.006 DV 3.442 DV -9999= DI
00:04 0.043 DV 0.001
VZ 0.0004 VZ 0.008 DV 0.007 DV 3.584 DV -9999= DI
00:05 0.044 DV 0.001
VZ 0.0004 VZ 0.01
00:06 0.046 DV 0.001
VZ 0.0004 VZ 0.008 DV 0.006 DV 4.049 DV -9999= DI
00:07 0.041 DV 0.001
VZ 0.001
00:08 0.043 DV -0.004 R
0.004
DV 0.009 DV 4.266 DV -9999= DI
DV 0.011 DV 0.012 DV 3.852 DV -9999= DI
DV 0.008 DV 0.012 DV 3.231 DV -9999= DI
2.2.2. Verificación de datos
Se considera como la etapa intermedia del manejo de datos y consiste en una revisión
a detalle que se aplica en función de los objetivos y alcances de cada red de monitoreo
de calidad del aire. Se pretende en esta etapa, como su nombre lo indica, la
confirmación de la veracidad de datos sospechosos o extremos identificados en la
revisión de las bases de datos, por medio de procedimientos estadísticos. En esta
etapa se incluye la comparación de los datos con algunas fuentes externas de
información como serían: la correlación espacial y temporal con otros sitios de
monitoreo cercanos, resultados de auditorias de equipos, confrontación de datos a otras
escalas, entre otros. (USEPA, 1998).
Es por lo tanto, una revisión a detalle de los datos para confirmar o modificar las
banderas asignadas en la etapa de limpieza, así como para añadir más banderas
235
dependiendo de la experiencia del evaluador y tendencia de los datos. Las banderas
más usadas en la verificación de datos se señalan en la tabla 7.
Tabla 7. Banderas usadas en la verificación de datos
No.
1
2
Bandera
IO
VC
3
VE
4
DS
Significado del dato
Inválido por operador
Válido calculado
Válido con evento
extraordinario
Dato sospechoso
La verificación de datos se puede realizar en dos partes, una automática en base a los
criterios que se describen en el apartado siguiente y la otra manual en base a la
experiencia del evaluador como se indicó.
2.2.2.1. Criterios de verificación automática de datos
Para la asignación automática de banderas la USEPA y la California Air Resources
Board, CARB sugieren utilizar los siguientes criterios (USEPA, 2000, CARB, 2001):
Para contaminantes gaseosos o partículas:
1)
Señala datos cuando existen valores constantes por más de 3 horas
consecutivas de CO, NOx, NO2, NO, O3, SO2, PM10, PM2.5. (Asignar bandera DS)
2)
Señala datos cuando las suma de NO y NO2 entre NOx se encuentra fuera del
intervalo (0.85, 1.15). (Asignar bandera IO)
3)
Señala datos cuando la razón de PM2.5 entre PM10 es mayor a 1.15. (Asignar
bandera IO)
Para meteorología (USEPA APT1, 1989, USEPA, 2000. http://www.webmet.com)
1)
Señala datos de radiación (total, UVA, UVB, UVC) cuando es diferente a cero
durante la noche. (Asignar bandera IO)
2)
Señala datos de velocidad de viento cuando no varían en más de 0.1 m/s en 3
horas consecutivas. (Asignar bandera IO)
236
3)
Señala datos de velocidad de viento cuando no varían en más de 0.5 m/s en 12
horas consecutivas. (Asignar bandera IO)
4)
Señala datos de dirección de viento cuando no varían en más de 1° por más de 3
horas consecutivas. (Asignar bandera IO)
5)
Señala datos de dirección de viento cuando no varían en más de 10 grados por
18 horas consecutivas. (Asignar bandera IO)
6)
Señala datos de temperatura si cambia en más de 5 °C con respecto a la hora
previa. (Asignar bandera IO)
7)
Señala datos de temperatura si no varía por más de 0.5 °C en 12 horas
consecutivas. (Asignar bandera IO)
8)
Señala datos de presión barométrica cuando tienen cambios por más de 0.75
mmHg en tres horas consecutivas. (Asignar bandera IO)
2.2.2.2. Criterios de verificación manual de datos
Para la asignación de cada bandera manual en la verificación de datos se usan las
siguientes consideraciones:
IO
(Dato inválido por operador): Es una bandera que aplica el operador basándose
en un procedimiento estadístico que involucra revisar la congruencia temporal y
espacial de los datos, así como las relaciones entre contaminantes y/o con los datos
meteorológicos (USEPA- APT1, 1984). Esta bandera abarca una lista de criterios y
consideraciones, algunos de los cuales, se pueden automatizar (sección 2.1.4.1). Sin
embargo, la asignación y el buen uso de esta bandera depende de la experiencia del
operador y/o analista, este deberá saber identificar los patrones típicos de cada
contaminante (actividad diurna y nocturna) y estar familiarizado con la operación de los
equipos de monitoreo y sus fallas comunes. Incluye el uso de series de tiempo, gráficos
de tendencia, revisión de la estadística básica, máximos, mínimos y promedios. (Ray,
M., 1984. Martínez, A. 1996. UNEP/WHO, GEMS, AIR, 1994).
Ejemplos comunes para la asignación de esta bandera son:
237
Revisión de Tendencias.
El CO, HC, NO suben y bajan juntos generalmente
El NO y el O3 presentan una relación inversa y no pueden existir juntos a niveles
superiores a sus valores límite de calidad del aire.
Revisión de la temperatura interna de la estación
Este valor debe de mantenerse entre 20-30º C (Manual 4, SMA-GDF, 2004) ya que los
equipos de monitoreo de gases presentan respuestas erróneas a temperaturas
elevadas, sobre todo los de bióxido de azufre y los de óxidos de nitrógeno. En caso de
no contar con registros automáticos de la temperatura interna de la estación, se podrán
utilizar, para el manejo de datos, los registros de alarma de temperatura que presentan
los equipos de monitoreo en sus parámetros de operación, y estos deberán anotarse en
la bitácora de la estación. El o los datos provenientes de los equipos de monitoreo que
presentaron este tipo de alarma deberán ser marcados con la bandera (IO) durante el
período de afectación.
Períodos de estabilización de equipos de monitoreo por cortes de energía
eléctrica
Este evento se relaciona con cortes en el suministro de energía eléctrica. El número de
datos a quienes se asignará esta bandera es variable (desde 3-5 minutos hasta un
máximo de 60 minutos) y estará en función tanto de la duración del corte de energía
eléctrica, como de las diferentes marcas y modelos de equipos de monitoreo
empleados. Las series de tiempo son una herramienta útil para identificar este tipo de
eventos., Asimismo, se recomienda marcar con color, los cortes de energía
identificados en la base de datos a revisar.
VC
(Dato válido calculado): Este tipo de bandera se usa en aquellos datos que son
obtenidos por medio de interpolación o el uso de series de tiempo, también es aplicable
a aquellos datos que son corregidos de acuerdo con los resultados de las verificaciones
238
de cero y span. Es importante comentar que esta corrección se lleva a cabo después de
una evaluación previa y minuciosa del equipo de monitoreo que originó los datos, ya
que aquellos con antecedente previo de mal funcionamiento, no podrán ser objeto de
este tipo de ajuste y deberán ser invalidados. Esta bandera puede usarse cuando se
corrige el valor de dióxido de nitrógeno, siempre y cuando su valor no superé la
tolerancia establecida en el sistema de control y aseguramiento de la calidad.
VE
(Dato valido con evento extraordinario): Esta bandera se aplica a los datos cuya
frecuencia y duración han sido registrados en la bitácora general de la estación o
cuando existe alguna otra fuente documental de eventos que afectaron la medición,
tales como: incendios, tolvaneras, actividades de construcción, entre otros incidentes.
DV
(Dato a verificar): Es una bandera temporal que incluye datos que deberán ser
confirmados en alguna de las categorías anteriores según corresponda (verificado o
no), con ayuda de las bitácoras de operación y de los criterios y consideraciones
mencionadas. Asimismo, se puede asignar esta bandera, a datos que se presentan
fuera de los límites establecidos en base a tendencias históricas de cada uno de los
contaminantes medidos o parámetros meteorológicos (MAR, J. 1995). Un ejemplo de
aplicación de esta bandera son los niveles de alarma que se han establecido para la
aplicación de planes de contingencia.
2.2.2.3. Herramientas estadísticas útiles para la verificación de datos (EPA, QAG9, 2000)
La EPA en su guía para evaluar la calidad de los datos, describe en el apartado de
revisión y verificación de datos las principales herramientas estadísticas que se pueden
emplear para la verificación de las bases de datos. Estas herramientas estadísticas se
dividen en: estadística descriptiva básica y gráficos, a continuación se mencionan cada
una de ellas. Es importante mencionar que algunos de los cálculos y gráficos que se
utilizan en la verificación de datos, también se utilizan en la parte de validación. El
anexo III describe con mayor detalle cada herramienta y su aplicación.
Estadística descriptiva básica
En algunas investigaciones se obtienen numerosos datos que deben reducirse para
lograr una interpretación adecuada. En estas situaciones, la estadística descriptiva es
239
utilizada como un valioso instrumento para describir y analizar las características de las
observaciones y encontrar las relaciones que existen con otros conjuntos de datos con
los que se comparen. La meta de esta actividad es resumir las características
cuantitativas del conjunto de datos utilizando estadística descriptiva básica. Algunos
indicadores útiles en el análisis incluyen: el número de observaciones; medidas de
tendencia central (tales como la media, mediana o moda), medidas de dispersión (como
rango, varianza, desviación estándar, coeficiente de variación o el rango intercuartilico);
medidas de posición relativa, percentiles; medidas de la forma de la distribución,
simetría y medidas de asociación entre dos o más variables, correlación. Estos
indicadores pueden ser usados para describir, comunicar y para probar hipótesis con
respecto a la población de la cual se tomaron los datos.
240
Gráficos
El propósito de esta herramienta es el de identificar patrones y tendencias de los datos
que podrían pasar desapercibidos usando únicamente métodos numéricos. Las gráficas
pueden ser usadas para confirmar o refutar hipótesis rápidamente o para descubrir
eventos significativos, identificar problemas potenciales y para sugerir medidas
correctivas. Además, algunas representaciones gráficas se utilizan para registrar y
guardar datos compactados o para presentar la información de otra manera. Las
presentaciones gráficas de los datos incluyen el despliegue individual de los datos,
cantidades estadísticas, datos temporales, datos espaciales y dos ó más variables. El
analista deberá escoger diversas técnicas gráficas para mostrar las principales
características de los datos, debido a que un solo grafico no proverá la información
completa de los datos. Sin embargo, se sugiere escoger el menor número de gráficos
que presenten la información completa de los datos. Si un conjunto tiene un
componente espacial o temporal se seleccionará la gráfica que mejor represente esa
componente. Si el conjunto de datos comprende más de una variable, se deberá tratar
cada variable individualmente antes de desarrollar gráficas para variables múltiples.
2.3.
Sistemas de Monitoreo Manual
Esta sección es aplicable a aquellos sistemas de monitoreo que utilizan el método
manual para la determinación de partículas suspendidas: PST, PM10 y PM2.5. Las
partículas suspendidas son generalmente un sistema complejo multifase, partículas
sólidas de baja presión de vapor, transportadas por el aire y cuyo diámetro
aerodinámico va de 0.01-100 μm y mayores. (USEPA, 1999)
El aseguramiento de calidad de los datos provenientes de muestreadores de partículas
del tipo de alto volumen, involucra toda la operación del muestreador, e implica dar
seguimiento al procedimiento estandarizado que viene descrito de forma general en la
NOM-035-ECOL/1993, para la determinación de partículas suspendidas totales, PST.
Sin embargo, este procedimiento se ajustará de acuerdo con la marca y modelo del
muestredor que se este usando, por lo cual cada sistema de monitoreo deberá
establecer su propio procedimiento de operación estándar.
241
En el caso de los muestreadores de PM10 y PM2.5, para los cuales se carece de la
norma para su determinación, muchas de las consideraciones que señala la NOM 035
son aplicables siempre y cuando se utilece el método de alto volumen, cuya
determinación de concentración de partículas se obtiene a partir de dos variables: la
masa colectada en el filtro y el volumen de aire muestreado. Es importante resaltar que
además del procedimiento operativo, se debe contar con un procedimiento de
aseguramiento y control de calidad que garantice que la calidad de la medición de
estás dos variables (masa y volumen) es la adecuada. Asimismo, es menester señalar
que el procedimiento operativo, referente al mantenimiento y calibración de los
muestreadores de partículas de alto volumen se encuentra en el Manual 4 de esta
serie.
La figura 2.1 presenta un diagrama que esquematiza los pasos a seguir del proceso
operativo para asegurar la calidad de los datos en un muestreo de partículas.
Figura 2.1. Generación de datos del muestreo de partículas suspendidas
Acondicionamiento de filtro foliado (HR y T) 24
Registro del peso del filtro limpio (Gi)
Muestreo de 24 hrs (+/-1 hr)
Obtención del flujo de muestreo (Qa prom)
Llenar hoja de campo, observaciones
Factores de calibración de flujo para
corregir el flujo (m, b)
Acondicionamiento del filtro (HR y T) 24 hrs
Registro del peso del filtro muestreado (Gf)
Obtención del flujo estándar Q (usar P, T
Obtener volumen estándar V = Q est * tiempo
Concentración estándar = (Wf - Wi)/ V estándar
242
El detalle de este procedimiento se describe en la NOM-035-ECOL/1993 y el CFR
Parte 50 Apéndice B que señalan el método de determinación de PST, y el CFR
Parte 50. Apéndice J y el USEPA, QA Handbook 1997, que señalan el método para
la determinación de PM10.
2.3.1 Banderas sugeridas y su relación con el Control y Aseguramiento de la
Calidad
Teniendo en cuenta que se ha llevado a cabo el procedimiento operativo, de
mantenimiento y que los controles de calidad han sido aplicados, finalmente se
conforma una base de datos en donde se registran los resultados de masa y volumen
obtenidos durante el muestreo y se calculan y revisan las concentraciones. Se sugiere
agregar, a esta base de datos, al igual que en la base de datos del monitoreo
automático, una columna con la bandera que lo califique, al lado derecho de cada dato.
Las cinco banderas sugeridas a usarse se señalan en la Tabla 8, que se presenta a
continuación:
Tabla 8 Banderas sugeridas para el muestreo manual
No
Bandera
Causa Significado
1
VA
Dato Válido.
2
IF
Filtro
en
mal
estado
(roto,
rasgado,
incompleto)
3
IQ
Flujo de operación menor a 1.1 m3/min o
inestable
4
IN
Diferencia
de
peso
negativa.
Implica
pérdida de peso
5
IT
Tiempo de muestreo menor a 18 horas
243
2.4. Características de las bases de datos verificada
Una vez que los datos han sido limpiados y verificados, y partiendo de que la base de
datos tiene el formato sugerido a principio de este capítulo, los siguientes apartados de
esta sección describen que características deberá tener la base de datos verificada.
2.4.1. Unidades de medición, clave de parámetro y cifras significativas
En México existe una creciente necesidad de homologar las bases de datos verificadas
para poder comparar la información de calidad del aire que se genera a nivel Nacional.
De esta forma, las bases de datos verificadas, deberán tener establecidos los nombres
de cada uno de los parámetros que las integran, las unidades de medición y las cifras
significativas. Lo anterior, lo sugieren la USEPA y la Estrategía Américana de
Investigación del Ozono Troposférico, NARSTO, por sus siglas en ingles. La
homologación de las variables y atributos de las bases de datos verificadas permitirá
que estas puedan ser utilizadas por los diferentes usuarios que las requieran.
Atendiendo a las sugerencias anteriores, en la tabla 9 se establecen las unidades de
medición, cifras significativas y clave a utilizar para cada parámetro medido. Es
importante destacar que las cifras significativas han sido definidas con base en la
precisión y/o el límite de detección de las diferentes marcas de equipos de monitoreo
que se emplean en el país. Al respecto de las características de los datos que
provienen del muestreo manual, como cifras significativas, redondeo y unidades de
reporte; estos los define la NOM-025-SSA1/1993 en su versión del pasado 26 de
septiembre de 2005.
244
Tabla 9. Parámetros y características de la base de datos verificada
O3
NOx
NO
NO2
CO
SO2
HCT
PST
Unidad de
medición
ppb
ppb
ppb
ppb
ppm
ppb
ppm
µg/m3
Cifras significativas
(decimales)
4 (1)
4 (1)
4 (1)
4 (1)
5 (2)
4 (1)
4 (1)
4 (0)
PM10
µg/m3
4 (0)
PM2.5
µg/m3
4 (0)
CH4
HDM
H2S
VV
DV
TMP
HR
RS
UVA
UVB
PB
PP
ppm
ppm
ppm
m/s
grados
°C
%
W/m2
mW/m2
MED/hr
mb
mm
4 (1)
4 (1)
4 (1)
3 (1)
3 (0)
3 (1)
3 (0)
3 (0)
3 (0)
3 (0)
4 (1)
2 (1)
Parámetro
Contaminante
Ozono
Óxidos de Nitrógeno
Óxido nítrico
Dióxido de nitrógeno
Monóxido de carbono
Dióxido de azufre
Hidrocarburos totales
Partículas suspendidas totales
Partículas suspendidas con diámetros
menores a 10 micras
Partículas suspendidas con diámetros
menores a 2.5 micras
Metano
Hidrocarburos diferentes al metano
Ácido sulfhídrico
Velocidad del viento
Dirección del viento
Temperatura
Humedad Relativa
Radiación Solar
Radiación Ultravioleta A
Radiación Ultravioleta B
Presión barométrica
Precipitación pluvial
Fuente: USEPA QA/G8, 1999, NARSTO, 2000, NOM-025-SSA1/1993
Ejemplo de aplicación de cifras significativas para Ozono:
A continuación se presenta un ejemplo de la aplicación del número de cifras
significativas que se deben usar para el caso de ozono. Como la tabla 9 señala, para
este parámetro se consideran cuatro cifras significativas, una de ellas, entre paréntesis,
corresponde a un decimal. De esta forma, se tienen disponibles 4 valores, 3 para
enteros y una para el decimal, si durante la medición se obtienen por ejemplo 68.698
ppb de ozono, el valor de este contaminante en la base de datos, deberá ser
redondeado solo al primer decimal, obteniéndose 68.7 ppb, esto se basa en que el
equipo de medición tiene un límite de detección de 0.6 ppb. Mayores detalles sobre los
límites de detección de otros equipos de monitoreo de calidad del aire pueden ser
consultados en el Anexo II.
245
Asimismo, y para facilitar el manejo de datos, en sus etapas de limpieza, verificación, y
validación, se sugiere que el archivo sea guardado manteniendo los registros con una
resolución horaria y con una frecuencia mensual. Posteriormente, al término de un año,
se deberá compilar el archivo con el total de registros durante los doce meses.
3. Procedimiento para obtener indicadores de la calidad del aire
En este capítulo se dan elementos técnicos para el procesamiento y manejo de los
datos registrados en los sistemas de monitoreo atmosférico con equipos manuales o
automáticos. El propósito es homologar estos procedimientos en todo el país y reducir
así la incertidumbre al obtener indicadores de la calidad del aire. El procesamiento y
manejo de datos se lleva a cabo con las bases de datos validadas, esto es, con
aquellas bases que cumplieron con el plan de AC y CC.
En general, un indicador se define como un valor que cuantifica y simplifica un
fenómeno, y que ayuda a entender condiciones complejas (IISD, 2006). En este caso
los indicadores de la calidad del aire permiten, entre otras cosas, evaluar el estado de la
contaminación atmosférica y comunicar al público cuál es la calidad del aire que respira.
Este capítulo está integrado por cuatro secciones: en la primera, se presenta una
selección de indicadores de la calidad del aire; en la segunda, se define en qué consiste
el criterio de compleción de datos y cómo se aplica por estación de monitoreo; en la
tercera, se propone cómo interpretar las especificaciones de las Normas Oficiales
Mexicanas (NOM) de calidad del aire publicadas por la Secretaría de Salud y se
describe cómo se calculan los indicadores y en la cuarta se dan algunas propuestas de
cómo presentar los indicadores de manera gráfica.
3.1. Tipos de indicadores y su especificación
Los indicadores se calculan con diferentes tipos de datos (promedios de una hora,
promedios móviles y concentraciones diarias), de acuerdo con el equipo de monitoreo
con el que se generaron y el fenómeno que representan.
El promedio de una hora (también referido como dato horario o concentración horaria)
es el promedio de las concentraciones minutales o de algún intervalo de tiempo dentro
246
de la hora. El promedio se calcula sobre el periodo de tiempo anterior a la hora que se
esta determinando, esto es, si se quiere determinar el promedio de la hora 01:00, éste
se debe obtener con los datos del periodo que comprende de las 00:01 a las 01:00
horas (figura 3.1).
Figura 3.1 Descripción del promedio de una hora
01:00 (Final)
00:00 (Inicio)
00:01(un minuto)
00:10 (diez minutos)
Promedio sobre este periodo = promedio para la hora 01:00
Los promedios móviles de 8 horas de CO y O3 se calculan de las concentraciones
horarias, tomando el promedio de la hora seleccionada con las 7 concentraciones
registradas en las horas previas. Por ejemplo, para estimar el promedio móvil de 8
horas de las 13:00 horas, se calcula el promedio de las concentraciones registradas
para cada hora desde las 06:00 hasta la 13:00 horas (figura 3.2).
Figura 3.2 Descripción de los promedios móviles horarios de 8 horas
06:00
07:00
Horas
08:00
09:00
10:00
11:00
12:00
13:00
14:00
Promedio sobre este periodo =
promedio móvil para la hora 13:00
Promedio sobre este periodo =
promedio móvil para la hora 14:00
247
La concentración diaria, dependiendo del contaminante, se calcula a partir de las
concentraciones horarias o de los promedios móviles de 8 horas y representa el valor
máximo diario, el promedio diario o el muestreo de 24 horas.
Máximo diario (O3, NO2, y CO), se refiere al valor más alto de los 24 valores horarios o
promedios móviles registrados durante el día (figura 3.3).
Figura 3.3 Descripción del máximo diario
00:01 (inicio)
24:00 (final)
01:00
Valor máximo sobre este periodo = máximo diario
Promedio diario (PM10, PM2.5, y SO2), se refiere al promedio de los 24 valores horarios
registrados durante el día (figura 3.4).
Figura 3.4 Descripción del promedio de 24 horas
00:01 (inicio)
24:00 (final)
01:00
Promedio sobre este periodo = promedio diario
Muestreo de 24 horas
(PM10, PM2.5, y PST), se refiere a la medición de la
contaminación del aire por medio de la toma de muestras de forma discontinua,
usualmente cada seis días.
Para obtener los datos descriptos en los párrafos anteriores, y que sean considerados
representativos del periodo que describen, se requiere contar con una cantidad mínima
de información, es decir se deben de cumplir los criterios de compleción de datos (ver
sección 3.2).
248
En el cuadro 3.1 se describe el tipo de dato dependiendo del equipo de monitoreo, los
requerimientos de compleción de datos y los parámetros que se les asocian para
obtener los indicadores de la calidad del aire.
Tabla 3.1 Tipos de datos para obtener los indicadores de la calidad del aire
Equipo de
monitoreo
Tipo de dato
Requerimiento de compleción de datos
Parámetros
Dato horario
Debe contar con un 75% o más de los
registros minutales (45 minutos o más)
PM10, PM2.5, O3, CO,
SO2, NO, NOx, NO2,
TMP, HR, VV y DV
Promedio móvil
de 8 horas
Máximo diario
Automático
Máximo diario
Promedio diario
Manual
Muestreo
de 24 horas
Muestreo
semanal
Debe contar con un 75% o más de los
registros horarios (de 6 a 8 datos horarios)
Su base son los datos horarios de un día, y
debe contar con un 75% o más de los
registros horarios (18 horas o más)
Su base son los promedios móviles de 8
horas de un día y debe contar con un 75% o
más de los registros horarios (18 horas o
más)
Debe contar con un 75% o más de los
registros horarios (18 horas o más)
Se acepta si el muestreo duró entre 18 y 24
horas
Muestra colectada a lo largo de 7 días (± un
día)
O3 y CO
O3, CO, NO, NOx,
NO2, TMP, HR y VV
O3 y CO
PM10, PM25, SO2
TMP, HR y VV
PST, PM10, PM2.5 y
Pb
pH, NO3-, SO42 -
Una vez que se calculan los datos anteriores, es posible calcular los indicadores de
interés. En el cuadro 3.2 se muestran una serie de indicadores, para evaluar diferentes
aspectos de la calidad del aire: impacto en la salud (relacionados con las NOM
publicadas por la Secretaría de Salud), comportamiento (temporal y espacial) y
tendencia.
Tabla 3.2 Indicadores de la calidad del aire
Aspecto a evaluar
Indicador
Parámetro
Tipo de dato
Impacto en la salud
Percentil 98
PST, PM10 y
PM25
Quinto máximo
O3
Máximo
O3
Concentración
diaria
Concentración
diaria de los
promedios móviles
de 8 horas
Dato horario
Promedio móvil de
8 horas
Concentración
diaria
Dato horario
COa
Segundo máximo
SO2
NO2
Equipo de
monitoreo
Automático o
manual
Automático
Automático
Automático
249
Aspecto a evaluar
Indicador
Parámetro
Tipo de dato
Equipo de
monitoreo
Número y
porcentaje de
horas arriba del
límite de la norma
O3 y NO2
Dato horario
Automático
PM10, PM2.5 y
SO2
Concentración
diaria
Concentración
diaria de datos
horarios
Concentración
diaria de los
promedios móviles
de 8 horas
Dato horario
Concentración
diaria
Número y
porcentajes de
días arriba del
límite de la norma
O3 y NO2
CO
SO2
Promedio anual
Comportamiento
Máximo y mínimo
Media o promedio
Promedio o
mediana hora a
hora
Promedio o
mediana día a día
PM10 y PM25
Automático
Automático
Automático
o manual
PM10, PM2.5,
O3, CO, SO2,
NO, NOx, NO2,
HR, TMP y VV
Dato horario
CO y O3
Promedio móvil de
8 horas
PST, PM10,
PM2.5, O3, CO,
SO2, NO, NOx y
NO2
Concentración
diaria
Automático
o manual
HR, TMP y VV
Máximo o promedio
diario
Automático
PM10, PM2.5,
O3, CO, SO2,
NO, NOx, NO2,
HR, TMP y VV
Dato horario
CO y O3
Promedio móvil de
8 horas
PST, PM10,
PM2.5, O3, CO,
NO, NOx, NO2 y
SO2
Concentración
diaria
Automático
o manual
HR, TMP y VV
Máximo o promedio
diario
Automático
PM10, PM25,
O3, CO, SO2,
NO, NOx, NO2,
HR, TMP y VV
Dato horario
CO y O3
Promedio móvil de
8 horas
PM10, PM25,
O3, CO, SO2,
NO, NOx, NO2,
HR, TMP y VV
Dato horario
Automático
CO y O3
Promedio móvil de
8 horas
Automático
PM10, PM25,
O3, CO, SO2,
NO, NOx y NO2
Concentración
diaria
Automático
o manual
Automático
Automático
Automático
250
Aspecto a evaluar
Indicador
Tipo de dato
Equipo de
monitoreo
Concentración
diaria de los
promedios móviles
de 8 horas
Máximo o promedio
diario
Automático
PM10, PM25,
O3, CO, SO2,
NO, NOx, NO2,
HR, TMP y VV
Dato horario
Automático
CO y O3
Promedio móvil de
8 horas
Automático
PM10, PM25,
O3, CO, SO2,
NO, NOx y NO2
Concentración
diaria
Automático
o manual
Concentración
diaria de los
promedios móviles
de 8 horas
Máximo o promedio
diario
Automático
PM10, PM2.5,
O3, CO, SO2,
NO, NOx, NO2,
HR, TMP y VV
Dato horario
Automático
CO y O3
Promedio móvil de
8 horas
Automático
PST, PM10,
PM2.5, O3, CO,
SO2, NO, NOx y
NO2
Concentración
diaria
Automático
o manual
HR, TMP y VV
Máximo o promedio
diario
Automático
PM10 y PM2.5,
O3, CO, SO2 y
NO2
Dato horario
CO y O3
Promedio móvil de
8 horas
PST, PM10,
PM2.5, O3, CO,
SO2 y NO2
Concentración
diaria
Parámetro
CO y O3
HR, TMP y VV
Promedio o
mediana mes a
mes
CO y O3
HR, TMP y VV
Percentiles
Tendencia
Intervalos de
concentración
Automático
Automático
o manual
* Concentración diaria se refiere al dato diario que le corresponde a cada contaminante
de acuerdo al cuadro 3.1.
a
El segundo máximo se obtiene sin traslape de información, esto es que el valor de los
promedios móviles de 8 horas que se calcule como segundo máximo, no contemple
concentraciones horarias con las que se calculó el promedio móvil de 8 horas que
originó el primer máximo.
251
La lista de indicadores podría ser más extensa; sin embargo, los que se muestran son
suficientes para evaluar los diferentes aspectos de la calidad del aire. Por ejemplo, en el
SIMAT de la ZMVM se obtienen otros indicadores más que evalúan tendencia, como
son la prueba de tenencia, la prueba de homogeneidad y el porcentaje de cambio; sin
embargo, estos no se describen en este documento.
El reporte de los indicadores se puede realizar para representar las condiciones de una
ciudad o zona metropolitana; pero, debido a que son muy pocas las redes de monitoreo
que han evaluado la representatividad de sus estaciones (ver manual 1) (INE, 2007), se
recomienda que el reporte de los mismos se lleve a cabo para cada estación de
monitoreo, en tanto no se caracterice, evalúe y reporte la representatividad de éstas.
3.2. Criterios de compleción de datos
Los equipos automáticos arrojan de manera continua registros minuto a minuto, pero
debido a la capacidad de almacenamiento que demanda el alto volumen de datos, las
bases que se reportan generalmente contienen promedios horarios. En cambio, los
equipos manuales arrojan datos diarios (de 3 a 6 por mes). Con el propósito de que los
indicadores de la calidad del aire sean confiables se debe revisar que la información
que se utilice para su generación cuente con un mínimo de datos validados, esto es,
que se cumpla con los criterios de compleción de datos.
El cumplimiento de los criterios de compleción de datos se debe de verificar para cada
contaminante o variable meteorológica en cada una de las estaciones de monitoreo,
para identificar aquellas que cuentan con la información necesaria, en una hora, en el
día, en un mes, en un trimestre y en algunas ocasiones, en el año o durante un periodo
de años (ver cuadro 3.1). Esta verificación debe efectuarse sobre la base validada, una
vez que se han identificado las banderas y ratificados los registros incongruentes o
aislados. Se considera como registros incongruentes a aquellos que presentan un
comportamiento fuera del patrón de los contaminantes (por ejemplo los datos extremos)
y como registros aislados a aquellos que para un periodo de tiempo específico tienen
registros anteriores y posteriores a él no válidos.
3.2.1. Desempeño anual e histórico por estación de monitoreo
Para generar indicadores que sean representativos del comportamiento de un
contaminante o variable meteorológica a lo largo de uno o varios años, se recomienda
252
evaluar el desempeño anual e histórico de las estaciones de monitoreo. El desempeño
anual se define como el porcentaje de datos válidos de cada estación de monitoreo en
un año y el desempeño histórico como el porcentaje de años que una estación de
monitoreo opera con un desempeño anual bueno.
El SIMAT de la ZMVM califica el desempeño anual de una estación de monitoreo como:
bueno cuando registra el 75% o más de los datos válidos, regular cuando registra el
50% o más de los datos sin llegar al 75% y malo cuando registra menos del 50% de los
datos válidos (cuadro 3.3).
Las estaciones de monitoreo que son etiquetadas con un desempeño anual bueno
tienen información completa para la generación de indicadores; mientras que, las
estaciones de monitoreo con una clasificación menor requieren mejoras para que en el
futuro registren mayor cantidad de datos válidos
Tabla 3.3 Categorías de desempeño anual.
Equipo de
monitoreo
Tipo de
datos
Automático
Horario
Manual
Muestreos
de 24 horas
Malo
(< 50%)
0 a 4391
(año bisiesto)
0 a 4379
(año no bisiesto)
Datos horarios válidos
Regular
(>= 50% y < 75%)
4392 a 6587
(año bisiesto)
4380 a 6569
(año no bisiesto)
0 a 30
Bueno
(>= al 75%)
6588 a 8784
(año bisiesto)
6570 a 8760
(año no bisiesto)
31 a 45
46 a 61
Asimismo, el SIMAT califica el desempeño histórico de una estación de monitoreo en
tres categorías: bueno cuando el porcentaje es del 75% o más de los años, regular
cuando es del 50% o más sin llegar al 75% de los años y malo cuando es menor del
50% de los años (cuadro 3.4).
Tabla 3.4 Desempeño histórico de las estaciones de monitoreo
Número de
años de
operación
Número de años con
desempeño anual
bueno (1)
N
M
(1)
Porcentaje de años
con desempeño
anual bueno
Desempeño histórico
Malo
Regular
Bueno
< 50%
>= 50% y < 75%
>= 75%
No puede ser mayor a los años de operación.
253
Por ejemplo, para calificar el desempeño histórico de tres estaciones de monitoreo en
un periodo de seis años, supóngase que se obtuvo que la primera tiene cinco años con
desempeño anual bueno, la segunda cuatro y la tercera sólo dos. Por ende el
porcentaje de desempeño anual bueno de las estaciones es 83%, 67% y 33%
respectivamente, lo que conlleva a que el desempeño histórico de cada una de las
estaciones se etiquete como bueno, regular y malo. Es de esperar que la primera
estación de monitoreo que registra un desempeño histórico bueno cuenten con
información suficiente a lo largo de los años.
En la práctica, se recomienda que la información con la que se generen los indicadores
de calidad del aire cumpla por lo menos con los criterios de compleción de una hora, de
un día, de un mes y de un trimestre (al menos el 75% de los minutos, horas o días
respectivamente) (cuadro 3.1), y si es posible, que se verifique el desempeño anual e
histórico. Se recomienda que para cada una de las estaciones de monitoreo se de a
conocer con qué cantidad de datos se obtienen los indicadores, para que los usuarios
de los mismos les den un uso e interpretación adecuados. En este sentido, cabe
mencionar que por el momento, sólo el SIMAT de la ZMVM genera indicadores de las
estaciones de monitoreo que cumplen con un desempeño anual e histórico bueno.
3.3. Tipos de indicadores
3.3.1 Indicadores de impacto en la salud
Como se mencionó en capítulos anteriores uno de los objetivos del monitoreo
atmosférico es evaluar el cumplimiento de las normas de calidad del aire. En general,
las normas de calidad del aire se establecen con base en los resultados de estudios
toxicológicos y epidemiológicos que evalúan la relación entre la exposición a un
contaminante y sus efectos en la salud. Cuando existe una concentración umbral, es
decir, un nivel abajo del cual no se identifican impactos en la salud, se toma esa
concentración como el límite permisible. Sin embargo, para algunos contaminantes,
como las partículas suspendidas, aún no se han detectado umbrales para algunos
efectos en la salud; de hecho, se han encontrado impactos en la salud aun a niveles
muy bajos (Pope et al., 2002). Por lo tanto, el establecimiento de normas de calidad del
aire para ciertos contaminantes conlleva intrínsecamente un grado de riesgo aceptable
para la población. En muchos casos, las normas de calidad del aire son conservadoras,
254
con el fin de proteger la salud de las poblaciones más susceptibles, como los niños,
ancianos y personas con enfermedades (WHO, 2000).
En México, la Secretaría de Salud es la responsable de evaluar la evidencia de los
impactos de la contaminación atmosférica en la salud y de establecer los límites
permisibles de concentración de los contaminantes en la atmósfera. Existen NOM de
calidad del aire para las partículas (PST, PM10 y PM2.5), el O3, el CO, el SO2, el NO2 y el
Pb. En el cuadro 3.5 se presentan los valores, el tiempo promedio y la frecuencia
máxima aceptable de los contaminantes normados, así como la NOM que los rige y su
fecha de publicación en el Diario Oficial de la Federación (DOF).
Tabla 3.5 Valores normados para los contaminantes del aire en México
Valores límite
Exposición aguda
Exposición crónica
Contaminante
Concentración
y tiempo
promedio
Partículas
suspendidas totales
(PST)
Partículas menores
de 10 micrómetros
(PM10)
Partículas menores
de 2.5 micrómetros
(PM2.5)
Ozono (O3)
Monóxido de carbono
(CO)
Bióxido de azufre
(SO2)
Bióxido de nitrógeno
(NO2)
210 µg/m³
(24 horas)
120 µg/m³
(24 horas)
65 µg/m³
(24 horas)
110 ppb
(1 hora)
(216 μg/m3)
80 ppb
(8 horas)
11 ppm
(8 horas)
(12 595 μg/m3)
130 ppb
(24 horas)
(341 μg/m3)
210 ppb
(1 hora)
(395 μg/m3)
Frecuencia
máxima
aceptable
Concentración
y tiempo
promedio
Normas
oficiales
mexicanas
2% de
mediciones al
año
2% de
mediciones al
año
2% de
mediciones al
año
50 µg/m³
(promedio
aritmético anual)
15 µg/m³
(promedio
aritmético anual)
No se permite
-
4 veces al
año
-
1 vez al año
-
NOM-021-SSA11993 (DOF, 1994ª)
1 vez al año
30 ppb
(promedio
aritmético anual)
NOM-022-SSA11993* (DOF, 1994b).
1 vez al año
-
NOM-023-SSA11993(DOF, 1994c)
Modificación a la
NOM-025-SSA11993 (DOF, 2005)
Modificación a la
NOM-020-SSA11993 (DOF, 2002)
* NOM en proceso de modificación
255
3.3.1.1. Consideraciones para la interpretación de las NOM de calidad del aire
Los límites permisibles especificados en las normas consideran para su cálculo y para
la evaluación del cumplimiento, la concentración, el tiempo promedio y el número de
veces que se permite se exceda dicho valor en un determinado periodo de tiempo
(frecuencia máxima aceptable 1 vez al año, 4 veces al año, etc.). Sin embargo, existen
diferencias en la interpretación de estos términos, además de que las especificaciones
para el manejo de datos sólo se incluyen en las normas que han sido modificadas
después de 1994. Por lo anterior a continuación se proponen algunas guías para la
interpretación de las NOM y sus especificaciones.
Lapso de tiempo considerado para el reporte de los promedios horarios en las bases de
datos: en las NOM no se especifica una definición exacta de cómo reportar el promedio
horario. Por está razón, en algunas redes de monitoreo los datos horarios van de 1:00 a
24:00 horas y en otras de 0:00 a 23:00. Esto incide en la interpretación de la
información y por lo tanto en que la comparación de información entre redes pueda no
ser adecuada. Por ejemplo, si se quisiera comparar información de estaciones de dos
redes de monitoreo que manejan diferentes formatos, puede suceder que la información
registrada en la misma hora no corresponda a los mismos intervalos de tiempo, es decir
en un caso puede tratarse del tiempo transcurrido en la hora anterior, y en el otro, el
tiempo transcurrido en la hora que le sigue. El estándar para datos meteorológicos
definido por la Organización Meteorológica Mundial es el tiempo transcurrido en la hora
anterior y esta basado en la necesidad de predecir sobre una situación que ya sucedió
de manera real (New Zeland, 2000). Con base en este estándar se sugiere que a partir
de la publicación de este documento la notación para reportar los promedios horarios
en las bases de datos sea de 1:00 a 24:00 horas, donde el 1:00 represente el promedio
horario que va de 0:01 hasta la 1:00, el 2:00 de la 1:01 a las 2:00 y así sucesivamente
hasta las 24 horas (figura 3.1).
Intervalo de tiempo para el SO2: en la norma de SO2 no se especifica en qué hora se
empieza y en qué hora termina el intervalo de tiempo de 24 horas. Se sugiere que las
24 horas correspondan al promedio de las concentraciones horarias de las 24 horas del
día como lo indica la figura 3.4.
256
Criterios de compleción de datos y redondeo de cifras decimales (significativas): sólo en
las modificaciones de la normas de O3 y partículas se especifica un criterio de
compleción de datos de al menos el 75% para el cálculo de valores de acuerdo al
tiempo promedio y también el procedimiento para realizar el redondeo de las cifras
decimales. Para homologar el criterio de compleción de datos, se sugiere que en todas
las NOM se requiera de al menos el 75% de datos necesarios para el cálculo.
Asimismo, se recomienda que se aplique la siguiente regla para el redondeo a un
determinado número de cifras significativas, que se especifican en el capítulo dos de
este documento, si la cifra siguiente a la definida como significativa para cada
contaminante es menor o igual a cinco, el valor de la cifra significativa no se
incrementa, si es mayor se incrementa al inmediato superior.
Frecuencia máxima aceptable en un año:
Ozono: en el numeral 4.1 de la NOM se especifica que la concentración de ozono,
como contaminante atmosférico, debe ser menor o igual a 110 ppb, promedio horario,
para no ser rebasado una vez al año, calculado como se especifica en el numeral 4.3.1
de esta Norma. Se recomienda interpretar este texto como que el límite no se debe de
rebasar, es decir, si el límite se rebasa una vez, se considerará que no se cumple con la
norma horaria.
CO, SO2 y NO2: para estos contaminantes, en su respectiva NOM se indica que la
frecuencia máxima aceptable es una vez en un año, se interpretará que el límite
permisible se puede rebasar una vez para el tiempo promedio especificado en un año;
así, si para el tiempo promedio se rebasa más de una vez el límite, la respectiva norma
no se cumple. Por ejemplo para el SO2, si la concentración del segundo máximo de los
promedios de 24 horas en un año excede el límite de 130 ppb, se considera que no se
cumple con la norma diaria para este contaminante, debido a que en la norma se
especifica que sólo se puede exceder ese valor una vez al año.
Partículas PM10, PM2.5 y PST: la frecuencia máxima aceptable que se permite que se
rebasen los límites especificados en la modificación de la NOM-025-SSA1-1993 es del
2% de las concentraciones diarias en un año para el límite de 24 horas, es decir, si el
percentil 98 de las concentraciones diarias rebasa el límite, no se cumple con la norma.
257
3.3.1.2 Definición de Indicadores
La evaluación de la calidad del aire tiene como referencia obligada los límites máximos
permisibles establecidos en las NOM de calidad del aire. Así, se puede determinar para
cada estación de monitoreo si se cumple con las NOM y, complementariamente,
calcular el número de días del año en los que los niveles de un contaminante se
encuentran por arriba de los límites establecidos en la NOM correspondiente.
A continuación se describe de manera breve en que consiste cada uno de los
indicadores relacionados con impactos en salud, y que están especificados en el cuadro
3.2:
Percentil 98: valor por debajo del cual se acumula el 98% de los registros dejando
arriba de este valor el 2% del total. Este sirve para evaluar el valor límite permisible
para la concentración de partículas PST, PM10 y PM2.5. La modificación a la NOM-025SSA1-1993 indica que para cada trimestre del año se requerirá de 75% o más de las
concentraciones diarias. Si un trimestre no cumple con esta condición, la información de
ese trimestre no se considera para el cálculo del indicador. Para la validación del año es
necesario contar con al menos tres trimestres que cumplan con el número de muestras
especificado, en caso contrario no podrá evaluarse el cumplimiento de la norma para
ese año.
El cálculo del percentil 98 se realiza de acuerdo el siguiente algoritmo: se multiplica el
número de concentraciones diarias (N) por 0.98, se toma la parte entera (ejemplo: si
N=298 entonces 298 x 0.98 = 292.04 así la parte entera es 292) a este dato se le llama
E, a la parte entera se le suma 1 (E+1), por último se ordena las concentraciones
diarias de menor a mayor. El Percentil 98 es el dato que esta en el lugar E+1 de los
datos ordenados (DOF, 2005).
Quinto máximo: el límite anual de O3, se obtiene a partir de las concentraciones diarias
de los promedios móviles de 8 horas. La modificación a la NOM-020-SSA1-1993 indica
que para cada año se requerirá de al menos de 75% de concentraciones diarias
provenientes de los promedios móviles de 8 horas. En el caso del cálculo de la
concentración diaria, se debe considerar que si no se cumple con la compleción de
258
datos de al menos el 75% de los promedios móviles de 8 horas durante el día, pero el
valor máximo rebasa 80 ppb, éste debe registrarse como la concentración máxima del
día (DOF, 2002).
Máximo: ilustra el comportamiento de eventos extraordinarios de contaminación. Se
obtiene como el máximo valor registrado en un conjunto de datos. Este indicador
determina el cumplimiento o incumpliendo del límite horario especificado en la NOM de
protección a la salud de O3 (DOF, 2002) y se calcula a partir de las concentraciones
horarias.
Segundo máximo: indicador que determina el cumplimiento o no cumplimiento de los
límites especificados en las NOM de protección a la salud en relación con el tiempo
promedio de una hora para NO2, de 8 horas para CO y de 24 horas para SO2 y la
frecuencia de tolerancia de una vez al año (DOF, 1994a; DOF, 1994b; DOF, 1994c).
Promedio o Media: es un indicador que determina el cumplimiento de los límites
anuales de partículas PM10, PM2.5 y SO2 (DOF, 2005; DOF, 1993). Para las partículas
PM10 y PM2.5 la norma anual se evalúa con el promedio aritmético de las
concentraciones diarias y para el SO2 con las concentraciones horarias.
Horas arriba del límite: indica el impacto que tiene la contaminación por un
contaminante específico en una región. Aplica únicamente en los contaminantes que
cuentan con norma horaria (O3 y NO2). Se obtiene como el conteo de horas por arriba
del valor límite establecido en las NOM de protección a la salud. La información que
genera este indicador es equivalente a la que proporciona el indicador porcentaje de
horas arriba del límite y se obtiene como la división de las horas por arriba del valor
límite establecido en las NOM de protección a la salud entre el total de horas con
concentraciones válidas del período a analizar.
Días arriba del límite: indica el impacto que tiene la contaminación por un contaminante
específico en una región. Se obtiene como el conteo de días por arriba del valor límite
establecido en las NOM de protección a la salud. La información que genera este
indicador es equivalente a la que proporciona el indicador porcentaje de días arriba del
límite y se obtiene como la división de los días por arriba del valor límite establecido en
259
las NOM de protección a la salud entre el total de días con concentraciones válidas del
período a analizar.
El cálculo del número de días o el porcentaje de días en que se rebasa el valor de los
límites establecidos en la norma, se debe de realizar con las concentraciones diarias
considerando el tiempo promedio especificado y con un criterio de compleción para el
cálculo de la concentración diaria de al menos un 75% de los datos. Sin embargo, dada
la cantidad de datos con los que se dispone en algunas redes de monitoreo, se sugiere
en un principio contar con al menos el 50% de los datos necesarios para el cálculo de la
concentración diaria e ir restringiendo cada vez más este porcentaje hasta alcanzar el
75%.
3.3.2. Indicadores del comportamiento del contaminante
La utilidad de los indicadores del comportamiento del contaminante es que permiten
analizar las variaciones del mismo durante el día (hora a hora), durante la semana (día
a día), durante el año (mes a mes) y su distribución en un periodo de tiempo. A
continuación se describe en qué consiste cada uno de los indicadores relacionados con
el comportamiento del contaminante especificados en el cuadro 3.2:
Promedio o mediana hora a hora: muestra el cambio de las concentraciones de un
contaminante a lo largo de un día promedio, mostrando los valores típicos de cada
hora. Se obtiene al promediar los registros horarios de un periodo de tiempo (o bien al
obtener la mediana) para cada hora del día. Permite asociar la concentración de los
contaminantes con la intensidad de las actividades antropogénicas o patrones
meteorológicos.
Promedio o mediana día a día: muestra el cambio de las concentraciones de un
contaminante a lo largo de una semana promedio, mostrando los valores típicos de
cada día. Se obtiene al promediar los registros horarios o diarios de un periodo de
tiempo de cada uno de los días de la semana (o bien al obtener la mediana). Permite
asociar la concentración de los contaminantes con la intensidad de las actividades
antropogénicas o patrones meteorológicos.
260
Promedio o mediana mes a mes: muestra el cambio de las concentraciones de un
contaminante a lo largo de un año promedio, mostrando los valores típicos de cada uno
de los meses del año. Se obtiene al promediar los registros horarios o diarios de cada
mes de un periodo de tiempo (o bien al obtener la mediana). Permite asociar la
concentración de los contaminantes con la intensidad de las actividades antropogénicas
o patrones meteorológicos.
Percentil: señala el valor del parámetro que acumula cierto porcentaje del total de
datos. Después de ordenar un conjunto de datos (el cual puede ser de un mes, un año
o un periodo de años) por su magnitud (de menor a mayor) se obtiene el porcentaje de
datos menor o igual a cada valor. Los percentiles permiten caracterizar el
comportamiento de un contaminante en un período de tiempo y posiblemente el
impacto de los programas ambientales, así como la influencia de fenómenos
temporales o regionales. En particular los Percentiles 98, 90, 75, 50, 25 y 10 se
emplean como indicadores de calidad del aire. El rango Intercuartil se obtiene como la
diferencia entre el Percentil 75 y el Percentil 25 y caracteriza la dispersión de los
valores usuales, evita la influencia del 25% de los valores altos y del 25% de los valores
bajos de un conjunto de datos. Representa adecuadamente el comportamiento típico
del conjunto de datos de calidad del aire.
Cabe señalar que el máximo y el promedio que se describieron en la sección anterior
también se usan para determinar el comportamiento de los contaminantes.
3.3.3. Indicadores de tendencia
Intervalos de concentración: indica la frecuencia de valores de un contaminante en
intervalos específicos, algunos se asocian a los límites definidos en las NOM de calidad
del aire.
3.4. Representación gráfica de los indicadores de calidad del aire.
Una de las formas de presentar los indicadores de calidad del aire es a través de
gráficas, para comunicar de manera sencilla los resultados obtenidos. A continuación se
muestran algunos tipos de gráficas en las que se ilustran algunos indicadores que se
describieron en la sección anterior:
261
Gráficas en el tiempo, con este tipo de gráficas es posible visualizar el comportamiento
(o patrón) del fenómeno de interés a lo largo del tiempo.
Gráficas de dos escalas, la característica principal de está gráfica es que se pueden
visualizar dos indicadores con diferentes unidades de medición.
Gráficas de caja, con este tipo de gráficas es posible determinar visualmente un
resumen muy completo de la distribución de los datos debido a que proporciona las
estadísticas de orden de la variable de interés, además de varios indicadores como son
el percentil 25, 75, el rango intercuantil, el promedio, la mediana y el máximo (figura
3.5).
262
Figura 3.5 Gráfica de caja
Máximo
Valor extremo
Outlier
Dato atípico
Percentil 75
Promedio
Mediana o percentil 50
rango intercuantil
(Percentil 75 - Percentil 25)
Percentil 25
Mínimo
En los tres tipos de gráficas descritas anteriormente es posible ilustrar indicadores de
impacto a la salud, de comportamiento y de tendencia.
Mapas, la distribución espacial de los contaminantes en las ciudades se puede ilustrar
mediante mapas de contorno, la impresión visual de las concentraciones se conjunta
con los límites geográficos de la zona a la que pertenecen. Con este tipo de
representación es posible ilustrar principalmente indicadores de comportamiento.
Se recomienda que se incluya en la representación gráfica de los indicadores las
unidades del contaminante, el criterio o criterios de compleción con que se generaron,
263
el periodo de tiempo de la información que se esta representando, la fuente de la
información y un título auto explicativo de los indicadores.
3.4.1. Ejemplos de las representaciones gráficas de los indicadores
3.4.1.1. Indicadores de impacto en la salud.
En la figura 3.6 se presenta un ejemplo de una gráfica en el tiempo en la que se ilustra
el promedio anual de los muestreos manuales de las PM10 en la ZMVM para el periodo
de 1997 a 2006.
Figura 3.6. Promedio anual de PM10 en cinco estaciones de monitoreo*
de la ZMVM (1997-2006)
180
CES
Concentración (µg/m³)
160
MER
PED
TLA
XAL
140
120
100
80
60
40
Norma anual: 50µg/m³
20
0
1997
1998
1999
2000
2001
2002
2003
2004
2005
2006
Año
Fuentes:
* Xalostoc (XAL), Tlalnepantla (TLA), Merced (MER), Cerro de la Estrella (CES) y
Pedregal (PED) (equipo manual)
Elaboración propia de los autores
264
Compleción de datos: al menos 3 trimestres con por lo menos el 75% de los muestreos
manuales válidos al año
Fuente de los datos: Red Manual del Sistema de Monitoreo Atmosférico de la Ciudad
México
Con respecto a la gráfica de dos escalas, en la figura 3.7 se presenta para la ZMG, los
días en que se excede la norma horaria (0.11 ppm) y la concentración máxima de O3
para el periodo 1997 a 2006 en relación a la NOM-020-SSA1-1993.
Figura 3.7. Ozono en la estación de monitoreo Tlaquepaque de la ZMG:
días
en
que
se
excede
la
norma
horaria
(0.11
ppm)
y concentración máxima (1997-2006)
Días >0.11
Máximo
0.450
100
Número de días
0.350
0.300
60
0.250
0.200
40
0.150
0.100
20
Concentraciones (ppm)
0.400
80
0.050
2006
2005
2004
2003
2002
2001
2000
1999
1998
0.000
1997
0
Elaboración propia de los autores
Compleción de datos para las concentraciones diarias: al menos el 50% de los datos
horarios
Fuente de los datos: Red Automática de Monitoreo Atmosférico de la ZMG
265
3.4.1.2. Indicadores relacionados con el comportamiento del contaminante
Se ilustra a continuación (figura 3.8) a través de una gráfica en el tiempo, el
comportamiento horario (mediana hora a hora) de las concentraciones de CO en tres
zonas metropolitanas y una ciudad (INE-DGICUR, 2007).
Figura 3.8 Comportamiento horario del CO en cuatro ciudades mexicanas
(1997-2005)
4
3.5
Concentración (ppm)
3
2.5
2
ZMG
ZMVM
ZMVT
1.5
1
Puebla
0.5
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24
Hora
Fuente: Tercer Almanaque de datos y tendencias de la calidad del aire en nueve
ciudades mexicanas (INE-DGICUR, 2007).
En la figura 3.9, a través de una gráfica de caja se muestra el comportamiento y
tendencia de los promedios de 24 horas de SO2 en la ZMVT en la estación de
monitoreo San Mateo de 1997 a 2006.
Figura
3.9
Tendencia
de
las
concentraciones
diarias
de
S02
en la estación de monitoreo San Mateo de la ZMVT (1997-2006)
266
Elaboración propia de los autores
Compleción de datos para las concentraciones diarias: al menos el 50% de los datos
horarios.
Fuente de los datos: Red Automática de Monitoreo Atmosférico de la ZMVT
Por último, en la figura 3.10 se presenta la distribución espacial del NO2 en la ZMG para
el año 2005.
Figura 3.11 Distribución espacial del NO2 en la ZMG (2005)
267
Fuente: Tercer Almanaque de datos y tendencias de la calidad del aire en nueve
ciudades mexicanas (INE-DGICUR, 2006).
268
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México. 114 pp.
272
5. ANEXOS
ANEXO I. Ajuste de datos por resultados de la verificación cero-span
Como parte del programa de aseguramiento y control de calidad, PACC, de una
estación o red de monitoreo automática, se recomienda disponer de un sistema de
calibración dinámica in situ que permita hacer la verificación del cero y span (diaria o
semanal) en la respuesta de los equipos de monitoreo de gases, así como, realizar las
respectivas calibraciones de estos cuando así se requieran. Lo anterior ayuda a
confirmar frecuentemente que las concentraciones de cada contaminante gaseoso que
se están midiendo son reales o presentan alguna desviación. Los valores aceptados de
desviación serán definidos en el PACC de la estación o red. Sin embargo, se proponen
los siguientes valores límite de desviación: menor al 5% rango de operación del
instrumento (por lo general, 20 ppb) en span y +/3 ppb en cero, pueden ser corregidos,
siempre y cuando se usen valores de cero y span con un periodo de corto, no mayor a
una o dos semanas. El ajuste de la serie de datos para el periodo en que se cuente con
los valores de respuesta del cero y span, se realiza aplicando la siguiente ecuación de
la recta:
Datocorregido = (datocrudo − Az ) ×
(Es − Ez )
( As − Az )
Az= Respuesta actual del cero
As= Respuesta actual del span
Es=Respuesta esperada del cero
Ez= Respuesta esperada del span
En esta ecuación, generalmente la respuesta esperada del cero debe ser cero, de tal
forma que la ecuación 1 se reduce a
Datocorregido = ( datocrudo − Az ) ×
(Es )
( As − Az )
Es importante resaltar que este ajuste de datos no deberá ser aplicado a aquellos
provenientes de equipos de monitoreo de los que se tenga evidencia de un mal
funcionamiento.
273
ANEXO II. Límites de detección de los principales marcas y modelos de equipos
de monitoreo de la calidad del aire en México
Contaminante
Ozono (O3)
Límite de detección equipos
Marca API-Teledyne
< 0.6 ppb RMS
Bióxido de azufre
(SO2)
0.4 ppb RMS
Bióxido de nitrógeno
(NO2)
0.4 ppb RMS
Óxido nítrico (NO)
0.4 ppb RMS
Óxidos de nitrógeno
(NOx)
Monóxido de carbono
(CO)
Hidrocarburos totales
0.8 ppb RMS
< 0.050 ppm
0.05 ppmC
Metanos
0.05 ppmC
No metanos
0.05 ppmC
± 5 µg/m3 promedio 10 min.
± 1.5 µg/m3 promedio 1
hora.
± 5 µg/m3 promedio 10 min.
± 1.5 µg/m3 promedio 1
hora.
Partículas PM10
Partículas PM2.5
Límite de detección equipos
Marca TEI
1 ppb
1.0 ppb RMS
(1 min. promedio)
0.5 ppb RMS
(5 min. promedio)
0.4 ppb
(1 min. promedio)
0.4 ppb
(1 min. promedio)
0.8 ppb
(1 min. promedio)
0.04 ppm
(0.5 min. promedio)
---20 ppb metano
50 ppb NMHC como propano
< 5 µg/m3 (1 hora)
< 1 µg/m3 (24 horas)
< 5 µg/m3 (1 hora)
< 1 µg/m3 (24 horas)
RMS (Runs Minimum Samples): Concentración calculada sobre 25 muestras corridas
con un mínimo de 7 veces. Definición por la USEPA.
274
ANEXO III Herramientas estadísticas
Medidas de posición relativa.
Algunas veces el analista esta interesado en conocer la posición relativa de una o
varias observaciones en relación a todas las observaciones. Los percentiles son una
medida de la posición relativa que es muy útil en el resumen de conjunto de los datos.
Un percentil es el valor del dato que es más grande que o igual a un porcentaje dado de
los valores de los datos.
Medidas de tendencia central
Las medidas de tendencia central caracterizan el centro de los puntos de la muestra.
Las tres medidas más comunes son: la media (promedio), la mediana y la moda.
La medida más comúnmente utilizada como el centro de una muestra es la media, la
cual se denota como x . La media de la muestra es un promedio aritmético para
diseños de muestreo simples, sin embargo para diseños de muestreo complejos la
media de la muestra es un promedio aritmético ponderado. Entre las ventajas y
desventajas de la media se encuentran las siguientes:
Es fácil de entender y de calcular
Siempre existe
Es única
Refleja todos los valores de la muestra
Los valores extremos y datos censurados afectan la media y en algunos casos puede
distorsionarla tanto que no represente la tendencia central. En estos casos es preferible
usar otra medida de tendencia central.
x ) es la segunda medida de tendencia central más popular.
La mediana de la muestra ( ~
Este valor cae directamente en la mitad de los datos cuando los datos son ordenas de
menor a mayor, lo anterior significa que la mitad de los datos son más pequeños que la
275
media de la muestra y que la mitad son más grandes que la mitad de la muestra. A la
mediana también se le conoce como percentil 50. Entre las ventajas de la mediana se
encuentran las siguientes:
Es única
Es fácil de calcular
No se afecta mucho por valores extremos
Se puede usar cuando los datos son cualitativos donde las categorías tienen un orden
Se puede usar en el caso de datos censurados.
La tercera medida de tendencia central de los datos es la moda. La moda de la muestra
se define como el valor de la muestra que ocurre con más frecuencia. Este valor no
siempre existe y puede no ser único, además de que es menos usado que las otras dos
medidas. La moda es muy útil cuando se tienen datos cualitativos.
Medidas de dispersión.
Las medidas de tendencia central son más útiles si están acompañadas por información
de cómo los datos se dispersan alrededor de ellas. Las medidas de dispersión de un
conjunto de datos son: el rango, la varianza, la desviación estándar, el coeficiente de
variación y el rango intercuartilico.
La medida de dispersión más fácil de calcular es el rango de la muestra, se define
como la diferencia entre el mayor y menor valor de los datos Para muestras pequeñas
el rango es fácil de interpretar y representa adecuadamente la dispersión de los datos.
Para muestras grandes el rango no da mucha información, dado que considera para su
cálculo valores extremos.
La varianza de la muestra representa que tanto se alejan en promedio las
observaciones de un valor fijo (medidas de tendencia central, usualmente la media
aritmética). La varianza de la muestra es afectada por valores extremos y por datos
censurados. Esta medida hereda las unidades de medición de los datos al cuadrado. La
276
desviación estandar es la raíz cuadrada de la varianza y conserva las mismas unidades
de medición de los datos originales.
El coeficiente de variación es una medida relativa que no depende de las unidades
originales de los datos y permite comparar la variabilidad de varios grupos de datos
diferentes. Mientras más grande, más variables son los datos. Es el número de veces
que cabe la media en la desviación estándar, es decir, que tan grande es la desviación
estándar en relación a la media. El coeficiente de variación es usado frecuentemente en
aplicaciones de medio ambiente porque la variabilidad (expresada como desviación
estandar) es frecuentemente proporcional a la media.
Cuando en un conjunto de dato se tienen valores extremos, el rango intercuartilico es
una medida de dispersión más representativa que la desviación estándar. Esta
estadística descriptiva no depende de los valores extremos y por tanto es más útil
cuando los datos incluyen un gran número de datos censurados.
Medidas de asociación.
Frecuente en los datos se mide más de una característica (variables) para cada
muestra y puede haber interes en conocer la relación o el nivel de asociación entre dos
o más de esas variables. Una de las medidas de asociación más comunes es el
coeficiente de correlación. El coeficiente de correlación mide el grado de asociación
lineal entre dos variables. El coeficiente de correlación no implica causa y efecto, se
puede decir que la correlación entre dos variables es alta y que es fuerte, pero no
puede decir que una variable cause el incremento o decremento en la otra sin evidencia
y un fuerte control estadístico.
Coeficiente de Correlación de Pearson.
El coeficiente de correlación de Pearson mide la relación lineal entre dos variables y
toma valores entre -1 y 1, considerándose una asociación fuerte si es cercana a 1 o -1,
y débil si es casi cero. Si el valor de la correlación lineal es negativo, se dirá que la
asociación es inversa, si es positivo se dirá que la asociación es directa. Cuando el
valor de la correlación es cercano a cero, las variables no presentan asociación o bien
presentan algún tipo de asociación no lineal, como es el caso de asociación cuadrática,
cúbica, logarítmica, entre otras.
277
•Mide el grado de asociación lineal entre dos variables en forma estandarizada
•No depende de las unidades de los datos
•Es un número entre -1 y 1
r =-1 relación perfecta negativa
r =1 relación perfecta positiva
r= 0 no hay relación
Entre las propiedades del coeficiente de correlación se encuentra que no se ve afectado
por cambios en la localización de los datos (sumar o restar o multiplicar una constante a
todos los valores de las mediciones X o/y Y).
La correlación de Pearson puede ser sensible a la presencia de uno o más valores
extremos, especialmente cuando el tamaño de la muestra es pequeño; tales valores
pueden resultar en un correlación alta, sugiriendo una fuerte tendencia lineal, cuando
sólo una moderada tendencia esta presente, por ejemplo cuando un solo par de valores
(X,Y) tiene valores muy altos para ambas variables mientras el resto de las variables no
están correlacionadas. También sucede al revés valores extremos pueden enmascarar
bajas correlaciones entre valores de X y Y, cuando todos los pares (X,Y) excepto uno o
dos tienden a agruparse alrededor de una línea recta y los otros puntos tienen un valor
muy grande en X, pero moderado o pequeño en Y (o viceversa). Dada la influencia de
valores extremos se recomienda utilizar junto con el coeficiente de correlación una
gráfica de dispersión.
Coeficiente de correlación de Spearman de Rangos.
Una alternativa al coeficiente de correlación de Pearson es el coeficiente de correlación
de Spearman basado en rango. Esto es, reemplazando para al calculo del coeficiente
de correlación cada valor de X y Y por su rango (es decir, asignándole, 1 al valor más
pequeño, 2 para el segundo valor más pequeño, etc.). El par de rangos de X y Y son los
que se utilizan para el calculo del coeficiente de Spearman y se obtiene utilizando la
misma formula que para el coeficiente de Pearson.
278
El coeficiente de correlación de Spearman no se verá alterado por transformaciones
nolineales crecientes de las X´s o de las Y´s. El coeficiente de correlación de Spearman
es menos sensible a los valores extremos que el coeficiente de Pearson, por lo que se
convierte en alternativa atractiva o complemente del coeficiente de correlación de
Pearson.
Coeficiente de correlación en una serie de tiempo.
Cuando los datos son verdaderamente independientes, la correlación entre los valores
de los datos es cero. Para un secuencia de puntos en el tiempo, o uno por uno en un
renglón, el coeficiente de correlación de la serie puede ser calculado reemplazando la
secuencia de la variable por los números 1 a n y calculando el coeficiente de
correlación de Pearson con z el valor del dato actual y Y los números de 1 a n.
Gráficas
Una excelente gráfica estadística es aquella que comunica ideas complejas con
claridad, precisión y eficiencia. Al desplegar una gráfica se quiere lo siguiente:Mostrar
los datos
Evitar distorsionar lo que los datos dicen
Presentar un conjunto de datos en un pequeño espacio
Hacer coherente un conjunto de datos grande
Los datos revelen niveles de detalle a simple vista
Al revisar las gráficas se puede determinar:Si los datos son razonables
Si hay valores extremadamente altos o extremadamente bajos
¿Qué tipo de distribución tienen los datos?, ¿Es simetrica?, ¿Es bimodal?
Si hay alguna tendencia obvia en los datos?
Histograma/Gráficas de frecuencia
279
Dos de los métodos más usados para resumir la distribución de los datos son las
gráficas de frecuencia y los histogramas. Tanto las gráficas de frecuencia como el
histograma usan el mismo principio básico para desplegar los datos: dividir el rango de
datos en intervalos, contando el número de datos que caen dentro de cada intervalo y
desplegando los datos como la altura o área dentro de una gráfica de barras. Hay
ligeras diferencias entre el histograma y la gráfica de frecuencia, en la gráfica de
frecuencia, la altura relativa de las barras representa la densidad relativa de los datos;
en un histograma el área dentro de la barra representa la densidad relativa de los datos.
La diferencia entre las dos gráfica se hace notable cuando se utilizan diferentes
tamaños de barras.
El histograma y/o la gráfica de frecuencia proveen un medio de evaluar la simetría y
variabilidad de los datos. Si los datos son simétricos, entonces las estructura de estas
gráficas deberá ser simétrica alrededor de un punto central (la media, por ejemplo).
Este tipo de gráficas indican además, si los datos son sesgados y la dirección del
sesgo.
Para dibujar el histograma y/o la gráfica de frecuencia se parte de una tabla de
frecuencias o distribución de frecuencias en la cual se organizan y distribuyen los
posibles valores de una variable.
La distribución de frecuencias consiste en formar cuadros resumen de los posibles
valores de la variable, los que pueden agruparse o no. El primer paso es determinar el
número de intervalos, no hay una regla para determinar dicho número. Dependiendo del
tipo de variable, los posibles valores se pueden agrupar por su valor (variable discreta)
o bien en intervalos predeterminados (variables discretas o continuas). En ambos casos
estas agrupaciones se denominan intervalos de clase, al número de posibles valores
que caen en cada clase se le llama frecuencia absoluta de la clase (Ni), no
necesariamente los intervalos de clase son de igual tamaño. Al punto medio entre los
límites de cada intervalo de clase se le denomina marca de clase.
Con respecto a las frecuencias absolutas es generalmente útil presentarlas en términos
relativos, calculando la proporción que del total de posibles valores corresponde a cada
valor distinto de la variable o a cada intervalo de clase, dichas frecuencias reciben el
nombre de frecuencias relativas (fi).
280
Gráfica de tallo y hoja.
La gráfica de hoja y tallo es utilizada tanto para mostrar la información numérica como
de la forma de la distribución de los datos. Es un método útil para guardar información
de los datos en una forma compacta además de ordenar los datos del más pequeño al
más grande. Una gráfica de hoja y tallo puede ser más útil en el análisis de datos que
un histograma, puesto que no sólo permite una visualizar la distribución de los datos,
sino que también permite y listar las observaciones en orden de magnitud. Sin
embargo, una gráfica de hoja y tallo es una de las más subjetivas técnicas de
visualización de los datos ya que requiere que el analista elija una partición arbitraria
con respecto de los datos. Por lo tanto, esta técnica puede requerir alguna practica o
ensayo y error antes de ser útil. La gráfica de hoja y tallo deber ser utilizada para
desarrollar una gráfica de los datos y sus características.
Cada observación en la gráfica de hoja y tallo consiste de dos partes: el tallo de la
observación y la hoja. El tallo se forma generalmente de los dígitos principales de los
valores numéricos mientras que la hoja se forma del arrastre de dígitos en el orden que
corresponda al orden de magnitud de izquierda a derecha. El tallo es desplegado en el
eje vertical y los datos forman la magnitud de izquierda a derecha. Cambiar el tallo
puede ser conseguido incrementando o decrementando los dígitos que son utilizados,
dividiendo los grupos de un tallo (es decir, todos los números que comienzan con el
numeral 6 pueden ser divididos en grupos más pequeños) o multiplicando los datos por
un factor constante (es decir multiplicar los datos por 10 o 100). Los valores extremos
pueden ser colocados en un mismo tallo.
La gráfica de tallo y hoja despliega aproximadamente la distribución de los datos. Por
ejemplo, la gráfica de tallo y hoja de una distribución normal es aproximadamente una
campana. Además de la gráfica de tallo y hoja muestra la distribución de los datos, se
puede evaluar se los datos son sesgados o son simétricos. Los datos que son
simétricos se verán de la mitad hacia un lado y hacia el otro como la imagen reflejada
en un espejo. Los datos que sean sesgados se verán abultados de la mitad hacia la
parte superior de la gráfica y menos datos esparcidos sobre la parte inferior de la
gráfica.
Gráficas de caja.
281
Una gráfica de caja o también conocida como de caja y bigotes es un diagrama
esquemático útil para visualizar los importantes estadísticas descriptivas de los datos.
La gráfica de caja es útil en situaciones en las cuales no es necesario describir todos
los detalles de una distribución.
Una gráfica de caja se encuentra conformada por una caja central dividida por una línea
y dos líneas que se extienden fuera de la caja y que se llaman bigotes. La longitud de la
caja central indica la dispersión de la masa (volumen) de los datos (el 50% de los
datos), mientras que la longitud de los bigotes muestra que tan extendidas están las
distribuciones de las colas. El ancho de la caja no tiene un significado particular, la caja
puede ser bastante estrecha sin afectar su impacto visual. La mediana de la muestra es
la lineal horizontal que atraviesa la caja y la media se denota usualmente con el signo
de “+” o “x”. Los valores extremos en la gráfica ya sean pequeños o grandes se denotan
por un “*” o por “_”. Una gráfica de caja y bigotes puede ser utilizada para evaluar si los
datos tienen una distribución simétrica. Si la distribución es simétrica entonces, la
apariencia de la gráfica será la siguiente: la caja se vera dividida en dos partes iguales
por la mediana, la cual coincidirá con la media; la longitud de los bigotes será de la
misma longitud y la cantidad de valores extremos estarán distribuidos de igual manera
en cada uno de los lados de la gráfica.
Gráfica del rango de los datos.
La gráfica del rango de los datos es una representación útil que es fácil de construir,
interpretar, y no hace suposiciones acerca del modelo para los datos. No es necesario
hacer alguna elección arbitraria con respecto de los datos para generar sus rangos
(como por ejemplo en el histograma). Además la gráfica del rango de los datos
despliega por cada valor de los datos un valor, por lo que se considera como una
representación gráfica de los datos en lugar de un resumen.
La gráfica del rango de los datos es muy similar a la gráfica de cuantiles que se
describirá más adelante. La gráfica de rangos es más fácil de generar que una gráfica
de cuantiles, sin embargo la gráfica de rangos no contiene tanta información como una
de cuantiles. Ambas gráficas pueden ser utilizadas para determinar la densidad de los
datos y el sesgo.
282
La gráfica de rangos puede ser utilizada para determinar la densidad de los valores de
los datos, esto es, puede determinar si algunos valores son muy parecidos entre si,
cuantos valores caen en las colas, o si los valores están distribuidos uniformemente, si
caen más en una cola que en otra, etc.
Gráfica de cuantiles.
Una gráfica de cuantiles es una representación gráfica de los datos, es fácil de construir
e interpretar. El analista no tiene que hacer ningúna elección arbitraria en relación a los
datos para construir la gráfica de cuantiles, como lo hace con los tamaños de celda
para el histograma, además, una gráfica de cuantil presenta cada dato, por lo tanto, es
una representación gráfica de la información y no es un resumen de ésta. De acuerdo a
la forma de la gráfica, esta da una idea de cómo están distribuidos los datos
Gráfica de Probabilidad normal.
Hay dos tipos de gráficas cuantil-cuantil, el primer tipo es una gráfica empírica que
involucra los cuantiles de dos variables, una contra la otra. El segundo tipo es una
grafica cuantil-cuantil teórica que involucra el graficar los cuantiles de un grupo de datos
contra los cuantiles de una distribución específica. Este último es el más usado, y se
obtiene graficando los cuantiles contra una distribución normal usando un papel
graficador de probabilidad normal. Si la gráfica es lineal, los datos pueden estar
normalmente distribuidos, de lo contrario, las desviaciones de la linearidad dan
información importante acerca de cómo esta desviada la información respecto a una
distribución normal. Asimismo, esta falta de linearidad puede ayudar para determinar el
grado de simetría (o asimetría) de los datos desplegados. Si los datos se encuentran
arriba de
Gráfica para dos o más variables
Los datos a menudo consisten en mediciones de diferentes características (variables)
para cada punto de los datos. Por ejemplo una base de datos puede consistir de
registros diarios de temperatura de ciudades diferentes, o diferentes muestras (cada
una conteniendo diferentes variables) como altura, peso, género, entre otros.
283
Para comparar datos individuales, algunos gráficos se han desarrollado para mostrar
múltiples variables. Por ejemplo, gráfica de caja y bigote o histogramas de cada
variable, usando el mismo eje para todas las variables. Graficas separadas de cada
variable pueden ser traslapadas en una grafica, tal como las graficas de cuantiles
sobrepuestos. Otra técnica útil para comparar dos variables es colocar gráficas de tallo
y hoja, espalda con espalda.
Gráficas para datos individuales
Debido a que es difícil visualizar los datos en más dos dimensiones, la mayoría de los
gráficos se desarrollan para mostrar múltiples variables para datos individuales que
reprsentan cada variable como una pieza distinta de una figura de dos dimensiones.
Algunos gráficos incluyen perfiles, círculos y estrellas. Estas representaciones gráficas
comienzan con un símbolo específico que representa cada dato, entonces se modifican
las características de esta figura de manera proporcional a la magnitud de cada
variable, la magnitud de la proporción es determinada fijando el valor mínimo de cada
variable en cero y el máximo en 1. Los valores remanente de cada variable son
entonces proporcionales a la magnitud de cada variable en relación al máximo y al
mínimo.
Gráfica de dispersión
Para grupos de datos de observaciones pareadas donde dos o más variables continuas
son medidas para cada muestra, una gráfica de dispoersión es una de las herramientas
más poderosas para analizar la relación entre dos o más variables. Las gráficas de
dispersión son fáciles de construir en muchos paquetes de gráficos computacionales,
este tipo de gráficos muestra la relación que hay entre dos variables, muestra también
los datos extremos potenciales. Asimismo, despliega la correlación entre las dos
variables. Gráficas de dispersión de variables altamente correlacionadas linealmente
agrupan de forma compacta a lo largo de una
línea. Adicionalmente, patrones no
lineales pueden observarse muy fácilmente en una gráfica de este tipo.
Extensiones de la gráfica de dispersión
Es fácil construir una gráfica de dispersión en dos dimensiones, sin embargo, una con
más de tres variables es difícil de construir e interpretar, por lo tanto, diferentes
284
representaciones gráficas han sido desarrolladas para facilitar la visualización de los
datos en una gráfica de dispersión consistente en 2 o más variables.
Gráfica empírica de cuantil-cuantil
Una gráfica empírica cuantil cauntil involucra los cuantiles de dos variables entre si, se
usa para comparar distribuciones de dos o mas variables; por ejemplo, el analista
puede comparar la distribución de plomo y hierro de la misma muestra. Esta gráfica es
similar en concepto a la de cuantil-cuantil teórica y genra información similar en relación
a la distribución de dos variables en lugar de la distribución de una variable en relación
a una distibución fija.
Gráfica para datos temporales
Los datos colectados para periodos específicos de tiempo tienen una componente
temporal, por ejemplo, mediciones de monitoreo del aire de un contaminante puede ser
obtenido cada minuto o cada día, semanal o mesualmente. El analista que revisa la
información temporal puede interesarse en las tendencias respecto al tiempo, la
correlación entre diferentes periodos
estacionales,
tendencias
de
dirección
y
y
buscar
patrones
correlaciones
cíclicos,
seriales.
tendencias
Ejemplos
de
representaciones de datos temporales incluyen gráficas de tiempo, correlogramas y
variogramas, aquellos datos que son colectados a intervalos de tiempos regulares son
llamados series de tiempo.
Grafica de tiempo
Es una de las gráficas más simples de generar y ofrece una gran cantidad de
información. Esta gráfica hace fácil de identificar tendencias de corta y larga escala
respecto al tiempo, muestra fluctuaciones en periodos pequeños, por ejemplo, los
niveles de ozono a lo largo del día comúnmente se incrementan hacia el mediodia y
descienden por la tarde, este comportamiento se repite día con día. Tendencias a gran
escala como fluctuaciones estacionales aparecen como incrementos o caidas en la
gráfica. Por ejemplo, los niveles de ozono tienden a ser mayores en el verano que en el
invierno, una gráfica de tiempo puede también mostrar tendencias de dirección e
incrementos de varaiabilidad en el tiempo. Los datos extremos pueden ser fácilmente
identificados usando una gráfica de tiempo.
285
Gráfica de la función de Autocorrelación (correlograma)
Una correlación serial es una medida de la extensión a la cual observaciones sucesivas
están relacionadas, si esto sucede, también los datos deberán ser transformados o esta
relación deberá ser contada en el análisis de los datos. El correlograma es una gráfica
que es usada para mostrar una correlación serial cuando los datos son colectados a
iguales espacios de tiempo. La función de autocorrelación es un resumen de las
correlaciones de datos seriales.
Múltiples observaciones en un periodo de tiempo
Algunas veces en la recolección de datos ambientales, múltiples observaciones son
tomadas para cada período de tiempo. Por ejemplo, el diseño de una recolección de
datos especifica que se deben colectar y analizar 5 muestras de agua para beber cada
miércoles durante tres meses. En este caso, la gráfica de tiempo descrita anteriormente
puede ser usada para mostrar los datos, desplegar el nivel promedio semanal, un
intervalo de confianza para cada promedio, o un intervalo de confianza para cada
promedio con los valores individuales. Una gráfica de tiempo de todos los datos
permitirá que el analista determine si la variabilidad para los diferentes periodos de
colección varía.
Gráficas para datos espaciales
Estas representaciones gráficas de las secciones anteriores pueden ser útiles para
exploral espacialmente los datos. Sin embargo, un analista que examina los datos
espaciales puede estar interesado en la ubicación de valores extremos, todas las
tendencias espaciales, y el grado de continuidad entre locaciones vecinas. Las
representaciones gráficas para datos espaciales incluyen postings, símbolos gráficos,
correlogramas, gráficas de dispersión-h y gráficas de contorno. Este tipo de gráficos
juegan un papel muy importante en análisis geoestadísticos.
Gráficos de postings
Una gráfica de postines es un mapa de locaciones a lo largo con valores de datos
correspondientes. El posteo de datos puede revelar errores obvios en la localización de
datos e identificar valores de datos que pueden estar en error. El gráfico de la
286
localizaciones de muestreo proporciona al analista una idea de cómo los datos estan
colectados (por ejemplo, diseño de muestreo), áreas que han sido inaccesibles, y áreas
de interés especial para los tomadores de decisión los cuales pueden haber estado
sobremuestreadas. Es a menudo de utilidad marcar los valores más altos y más bajos
de los datos para ver si hay alguna tendencia obvia.Si la mayor parte de las
concentraciones elevadas caen en una región de la gráfica, el analista puede
considerar al método tal como post-estratificación de datos para contar este hecho en el
análisis.
Gráficas de símbolos
Para una gran cantidad de datos, el posteo puede no ser factible y una gráfica de
símbolos puede ser usada. Este tipo de gráfica básicamente es igual que un posteo de
los datos, excepto que en lugar de posteos por valores individuales, los símbolos son
posteados para rangos de valores de datos. Por ejemplo el símbolo ‘0’ puede
representar todos los niveles de concentración menores que 100 ppm, el símbolo ‘1’
puede representar todos los niveles de concentración entre 10 y 200 ppm, etc.
Otras representaciones gráficas espaciales
Las dos gráficas descritas anteriores proveen de información de los valores extremos
del sitio y de las tendencias espaciales. Existen otras que permiten al analista ver la
continuidad de los datos. Las representaciones gráficas no son descritas en detalle
poque estas son usadas más para análisis preliminar geoestadístico, ademas, pueden
ser difíciles de desarrollar e interpretar.
Una gráficas de dispersión-h es una grafica que contiene todos los pares de datos
posibles cuyas localizaciones son separadas por una distancia dada y una dirección
dada, por ejemplo, una gráfica de dispersión-h podría basarse en tonos los pares cuyas
locaciones se encuentran hacia el sur, separadas un metro. La forma en que se
extienden los datos indica el grado de continuidad entre los valores en una cierta
distancia en una dirección particular. Si todos los valores graficados caen cerca de una
línea definida quiere decir que estos son muy similares, conforme los valores se hagan
cada vez menos parecidos la expansión de los datos alrededor de una línea dada
287
incrementan su outward. Se pueden construir diferentes gráficas con diferentes
distancias para evaluar el cambio de continuidad e una dirección dada.
Correlogramas espacial es parecido en apariencia a los correlogramas temporales, si
embargo el correlograma spans a direcciones opuestas de tal forma que u
correlograma
con una distancia fija al norte es identico al correlogramas con una
distancia fija al sur.
Las gráficas de contorno son usadas para mostrar todas las tendencias espaciales de
los datos, interpolando los valores entre los lugares de muestreo. La mayorías de los
procedimientos dependen de la densidad de cobertura de la malla (entre mayores
densidades, dará mayor información). Una gráfica de contorno ofrece una de las
mejores imágenes de las características espaciales de los datos. Sin embargo, el
contorneo a menudo requiere que las fluctuaciones en los valores sean suavizadas,
por lo que muchas de sus carácterísticas espaciales no pueden ser observadas, el
mapa de contorno debe ser usado con otras representaciones gráficas de los datos y
requiere analistas experimentados para interpretar los hallazgos adecuadamente.
288
MANUAL 6
Procedimiento Federal de Auditoría para
Sistemas de Monitoreo Atmosférico
289
ÍNDICE
Introducción
1. Esquemas y frecuencia de auditorias técnicas para sistemas de monitoreo de la
calidad del aire
1.1. Auditoria técnica del sistema.
1.2. Auditoria técnica de funcionamiento.
1.2.1. Protocolo para la realización de auditorías.
1.2.2. Reporte de auditoría técnica de funcionamiento
1.3. Auditoria de datos.
1.4. Procedimiento General de Auditoria para Sistemas de Monitoreo Atmosférico.
2. Procedimientos de auditoria técnicas de funcionamiento para sistemas de monitoreo
de la calidad del aire.
2.1. Auditorías de gases.
2.1.1. Procedimiento de auditoria multigas mediante sistema de dilución –
Analizador
2.1.2. Procedimiento de auditoria multigas mediante sistema de dilución – Toma
de muestra
2.2. Auditorías de partículas.
2.2.1. Procedimiento de auditoria para muestreadores de alto volumen
2.2.2. Procedimiento de auditoria para muestreadores continuos de partículas
suspendidas
2.3. Procedimiento de auditoria para mediciones meteorológicas
2.3.1. Velocidad del viento
2.3.2. Dirección del viento
2.3.3. Temperatura
2.3.4. Humedad Relativa
2.3.5. Presión atmosférica
3. Bibliografía
290
1. INTRODUCCIÓN
Actualmente, el objetivo primordial de los sistemas de monitoreo es medir las
concentraciones de los contaminantes del aire para determinar el cumplimiento de los
criterios de calidad establecidos por las normas oficiales mexicanas que expide la
Secretaría de Salud para la protección de la población.
Dada la importancia de los Sistemas de Monitoreo Atmosférico (SMCA´s) para fines de
la Gestión de la Calidad del Aire el Programa Nacional de Monitoreo Atmosférico,
PNMA, considera un esquema de auditorias técnicas para evaluar periódicamente el
desempeño de los SMCA´s con la finalidad de asegurar la calidad de la información
generada.
El propósito de llevar a cabo una auditoria técnica es el reforzar los programas de
Aseguramiento de la Calidad de los Sistemas de Monitoreo Atmosférico con el fin de
garantizar el cumplimiento de los lineamientos básicos generales y la aplicación de
procedimientos específicos que den como resultado que la información generada
cumpla con las características de calidad y cantidad, a la vez que conserve niveles
aceptables de representatividad, validez, consistencia y comparabilidad.
El objetivo de este documento es el de establecer las bases técnicas para instrumentar
y realizar un programa nacional de auditorias a los sistemas de monitoreo atmosférico.
En el capítulo 2: Consideraciones Legales, se presenta el marco legal vigente relativo al
monitoreo de la calidad del aire, así como las atribuciones que tiene sobre la materia el
Instituto Nacional de Ecología y la Dirección General del Centro Nacional de
Investigación y Capacitación Ambiental.
En el capítulo 3: Esquema de auditorias técnicas para sistemas de monitoreo
atmosférico, se describe el tipo de auditorias que existen: auditorias de sistema,
auditorias de funcionamiento y auditorias de datos. Para efectos de aplicación de este
manual, el tipo de auditoria que se llevará a cabo es sólo el de desempeño. En este tipo
de auditoria se introducen, directamente a los analizadores automáticos para
291
contaminantes gaseosos, diferentes concentraciones generadas por estándares
secundarios y se compara su respuesta. La prueba puede hacerse a través de la toma
de muestra de la estación auditada. También incluye la auditoria de sensores
meteorológicos y de muestreadores manuales o automáticos para partículas
suspendidas. En este capítulo se muestra un esquema de auditorias para
sistemas de monitoreo atmosférico, se presentan los lineamientos generales para
elaborar los reportes de auditoria y se establece su frecuencia.
En el capítulo 4. Procedimientos de auditoria para sistemas de monitoreo atmosférico,
se presenta brevemente la forma en que se aplican los procedimientos de auditoria
para los parámetros medidos en las redes, tanto contaminantes gaseosos y partículas,
como parámetros meteorológicos.
2.0
CONSIDERACIONES LEGALES
Como se ha mencionado, el Programa Nacional de Monitoreo Atmosférico (PNMA)
tiene entre sus metas aplicar herramientas y estrategias para cubrir la demanda de
monitoreo atmosférico en los sitios prioritarios, homologar las prácticas de monitoreo
atmosférico, establecer sistemas de control y aseguramiento de calidad así como
establecer un sistema de vigilancia por medio de auditorias a nivel nacional.
2.1
Marco legal
El artículo 112 de la Ley General del Equilibrio Ecológico y la Protección al Ambiente,
LGEEPA, en su fracción VI, estipula que los gobiernos estatales y municipales
“establecerán y operarán, con el apoyo técnico en su caso de la secretaría, Sistemas de
Monitoreo de la calidad del aire. Los gobiernos locales remitirán a la secretaría los
reportes locales de monitoreo atmosférico a fin de que aquella los integre al Sistema
Nacional de Información sobre la Calidad del Aire” (SINAICA). SEMARNAT (2001)
292
A nivel federal la responsabilidad de la Gestión de la Calidad del Aire compete
esencialmente a la SEMARNAT en concurrencia con la Secretaría de Salud. A su vez,
el Instituto Nacional de Ecología (INE) como organismo descentralizado de la
SEMARNAT, en lo referente a la contaminación atmosférica y el monitoreo de la calidad
del aire, incluye de manera más explicita en el Reglamento Interior de la Secretaría las
funciones establecidas para este campo.
Las funciones vinculantes de la Dirección General del Centro Nacional de Investigación
y capacitación Ambiental (DGCCENICA) con los sistemas de monitoreo atmosférico se
expresan en el artículo 115 del Reglamento Interior, donde se estipula que la
DGCENICA tendrá las siguientes atribuciones”:
…
III. Proponer a las unidades administrativas competentes de la Secretaría,
especificaciones técnicas, bases de diseño y protocolos de operación y
manejo de datos de los sistemas de monitoreo atmosférico; supervisar y
evaluar la operación y aseguramiento de la calidad de los sistemas de
monitoreo atmosférico, así como promover, coordinar y supervisar el
establecimiento de sistemas de monitoreo de la contaminación atmosférica
en las entidades federativas;
…
X. Proponer a las unidades administrativas competentes de la Secretaría, el
desarrollo de métodos analíticos y procedimientos de control y
aseguramiento de calidad en los procesos de medición y caracterización
de contaminantes ambientales;
…
XVII. Emitir opiniones y formular informes técnicos a partir de estudios e
investigaciones,
participación
en
programas
de
evaluación
tecnológicas, supervisiones y evaluaciones de sistemas de monitoreo
atmosférico, cuando así lo requieran las unidades administrativas
competentes de la Secretaría y sus órganos desconcentrados.
293
Lo anterior permite que la DGCENICA tenga las facultades necesarias y suficientes
para coordinar un programa sistemático de Auditorias técnicas de funcionamiento de los
Sistemas Monitoreo Atmosférico del país,.
3.0
ESQUEMA DE AUDITORIAS TÉCNICAS PARA SISTEMAS DE
MONITOREO ATMOSFÉRICO
En términos generales “una auditoria es una evaluación sistemática e independiente
para determinar si las actividades de calidad y los resultados relacionados cumplen con
los requisitos planeados y si esos requisitos son efectivamente implantados y
apropiados para lograr los objetivos”.
Para el caso de los SMA´s el objetivo primordial de un programa de auditoria debe
orientarse para asegurar que todos lo datos publicados de calidad del aire provengan
de estaciones de monitoreo operadas con personal capacitado, usando métodos
aprobados con base a procedimientos bien documentados y mediante el uso de
materiales e instrumentos trazables, así como que dichos resultados sean reportados
con los requerimientos de precisión y exactitud adoptados.
El programa de auditoria además deberá asegurar que los datos de calidad del aire
sean comparables y usados con confianza dentro de los programas de gestión de la
calidad del aire que realicen las autoridades ambientales y de salud o en su caso los
investigadores y demás interesados.
3.1
Auditoria técnica del sistema
Una auditoria técnica del sistema es una revisión completa del Programa de Monitoreo
Atmosférico de
la organización responsable, donde se revisan tanto los aspectos
técnicos, p. ej. los sistemas de medición (recolección y análisis de las muestras, ,
procesamiento de datos, elaboración de reportes, etc.) La auditoria incluye entrevistas
de orden técnico con el personal responsable, así como una revisión detallada de los
294
procedimientos operativos, las instalaciones y la documentación para asegurar el
cumplimiento administrativo en términos de aseguramiento de calidad.
En general una auditoria técnica de sistema comprende la evaluación de los siguientes
elementos:
A.
Evaluación del personal
i.
Nivel y experiencia profesional del personal.
ii.
Funciones y responsabilidades.
iii.
Capacitación del personal.
B.
Evaluación de las instalaciones
i.
Revisión por medio de cuestionarios y listas de verificación.
ii.
Revisión de prácticas de laboratorio.
iii.
Revisión de actividades de campo.
iv.
Inspección de laboratorios e instalaciones de apoyo.
v.
Revisión de las estaciones de monitoreo en relación con sus criterios de
ubicación y representativida.
vi.
Revisión de las condiciones ambientales de los laboratorios y estaciones
(temperatura, humedad relativa, etc.)
C.
Evaluación de datos y control de documentos.
i.
Revisión de los formatos de cadena de custodia.
ii.
Revisión de los registros diarios de operación.
iii.
Revisión de los registros de los documentos de campo.
iv.
Revisión de los formatos de reporte, incluyendo los procesos usados para
la obtención de datos.
v.
Revisión del manejo y tiempo de retención de datos.
D.
Evaluación de los programas de aseguramiento de calidad
i.
Revisión de las políticas, planes y objetivos de calidad.
ii.
Revisión de los procedimientos operativos.
295
iii.
Revisión del contenido y grado de aplicación de los procedimientos.
3.2
Auditoria técnica de funcionamiento
Las auditorias técnicas de funcionamiento consisten en verificar la respuesta u otros
parámetros críticos de operación de los muestreadores, analizadores e instrumentos,
frente a materiales o estándares de referencia. Las categorías de auditorias de
funcionamiento pueden dividirse de la siguiente manera:
A.
Auditorias a través de la toma de muestra, donde se utilizan cilindros de
concentraciones conocidas de gases criterio o de hidrocarburos para corroborar la
confiabilidad de la respuesta de los analizadores que se están operando en los SMA´s.
B.
Auditorias del flujo de los muestreadores, aplicables a los diferentes equipos
para la determinación de partículas (PM10, PM2.5 ) donde se verifican los flujos
utilizando estándares de transferencia, tales como calibradores de orificio o medidores
de flujo (másicos o volumétricos) certificados. Por lo común el dispositivo de referencia
se conecta en serie con el dispositivo de medición de flujo del muestreador y la tasa de
flujo se mide en condiciones normales de muestreo.
C.
Auditorias de Instrumentos Meteorológicos, las cuales se practican para
evaluar las respuestas de los sensores contra las obtenidas con instrumentos de
referencia trazables o aceptados como tales.
3.3
Auditoria de Datos
En términos generales, un auditoria de calidad de datos debe orientarse a evaluar
exhaustivamente los procedimientos usados para recolectar, interpretar y reportar los
datos de calidad del aire. Los criterios de evaluación usados se relacionan con los
296
objetivos de calidad de los datos establecidos por el propio SMA que incluyen los
procedimientos estadísticos usados para su control.
Las auditorias de datos pueden incluir la evaluación de los siguientes aspectos:
¾ Registro, almacenamiento y transferencia de datos crudos;
¾ Procedimientos de revisión, verificación y validación de datos;
¾ Procedimientos de manejo de datos, cálculos y validación de hojas electrónicas;
¾ Selección y discusión de indicadores de calidad de datos incluyendo: Precisión,
Exactitud, Integridad, Comparabilidad y Representatividad.
Es importante tener presente que las Auditoria de datos están muy relacionadas con
las actividades propias de las Auditorias Técnicas y de funcionamiento así como con
los requerimientos de reporte que se establezcan para corroborar la calidad de la
información sobre las concentraciones de contaminantes del aire.
Un trabajo completo de estas auditorias deben incluir una revisión del proceso desde el
inicio de la adquisición de datos hasta el punto en que la información entra al Sistema
Nacional de Información de la calidad del aire.
El proceso de auditoria depende del tamaño y características de la organización, del
volumen de datos procesados y de las características del sistema de adquisición de
datos.
a) Para monitoreo continuo de contaminantes criterio, el auditor debe seleccionar
dos periodos de 24 horas de datos de un contaminante en específico para dos
temporadas diferentes en el año. En la mayor parte de los casos se selecciona el
invierno y el verano. El contaminante y el intervalo de tiempo seleccionado se
determina de acuerdo al criterio del auditor.
b) Para monitoreo manual se deben recalcular cuatro periodos de 24 horas por red
de monitoreo. El auditor debe escoger los periodos para auditor los datos. De
297
forma paralela debe inspeccionar el sistema auditados y revisar los registros
existentes.
Los limites de recomendados de aceptación debido a la diferencia entre el dato de
entrada y el recalculado durante la fase de auditoria se dan en la siguiente Tabla:
Tabla 1. Criterio de Aceptación para Datos Auditados.
Modo de adquisición
de datos.
Recuperación de datos
Automático.
Expedientes de cinta
de Registros.
Manual
Contaminantes.
SO2, O3, NO2
CO
SO2, O3, NO2
CO
PST
Pb
Rango de medida
(ppm)
0-0.5, o 0-1.0
0-20, o 0-50
0-0.5, o 0-1.0
0-20, o 0-50
---------------------------------------------------
Límites de tolerancia.
± 3 ppb
± 0.3 ppm
± 20 ppb
± 1 ppm
± 2 μg / m3 (*).
± 0.1 μg / m3
* Especifica a 760 mm Hg. y 25 ° C.
3.4
Esquemas de auditoria y frecuencia
El esquema de Auditorias de Funcionamiento realizadas en campo consisten en la
verificación de las respuestas a una determinada cantidad de equipos-instrumentos de
cada sistema de monitoreo atmosférico mediante comparaciones con materiales o
instrumentos de referencia. Se sugiere llevarlas a cabo en dos etapas:
Etapa I : Corto plazo
Periodo tentativo 2007 - 2010
En una primera etapa las Auditorias de Funcionamiento serían hechas por la
DGCENICA después del fortalecimiento de sus capacidades técnicas y de
infraestructura, incluyendo la acreditación de su laboratorio de calibraciones y
transferencia de estándares.
Etapa II Mediano y largo plazo
2010 en adelante
298
A mediano y largo plazo se establecerá un proceso de aprobación de particulares
donde los candidatos a realizar dichas Auditorias de Funcionamiento serían, además de
la DGCENICA, los Laboratorios de Calibración (actuales y futuros) que provean
servicios de calibración y/o mantenimiento de analizadores automáticos. que hayan sido
acreditados por la Entidad Mexicana de Acreditación (EMA)
La cobertura temporal de las Auditorias de técnicas de Funcionamiento que se propone
es:
Cada tres años para la totalidad de los analizadores de contaminantes criterio en todas
aquellas redes con un número igual o menor a los determinados como críticos para
garantizar la calidad de los datos estaciones. Para aquellos SMA´s que cuenten con un
número mayor a cinco analizadores y/o muestreadores por parámetro y/o instrumentos
de medición se propone un criterio especifico de una cobertura equivalente mínima de
25% del sistema cada dos años.
3.5
Reporte de Auditoria.
La institución que lleve a cabo los trabajos de auditoria debe preparar un reporte de los
sistemas de monitoreo auditados. Éste deberá incluir información
generada por el
equipo auditor e incluir material adicional (comentarios e información provista por la
institución auditada) para presentar una imagen completa y precisa de la operación y
funcionamiento de la red.
Como mínimo, el reporte de auditoria debe incluir las siguientes seis secciones:
1) Resumen Ejecutivo- Se trata de un resumen del funcionamiento del programa
de monitoreo de la Institución auditada. Se deberá resaltar las áreas problema
que necesitan atención adicional y se deberá describir cualesquiera de las
conclusiones significativas así como amplias recomendaciones.
2) Introducción-Se describe el propósito y alcance de la auditoria y se identifica a
los miembros del equipo de Auditoria y personal clave del sistema auditado
También se debe indicar cuales instalaciones
y sitios de monitoreo fueron
visitados y auditados así como las fechas y tiempos de las visitas. También se
debe indicar cual es el tipo de cooperación y de asistencia de la institución.
299
Resultados de la Auditoria- Se deben presentar suficientes detalles técnicos para
permitir un completo entendimiento de los trabajos. La información obtenida durante la
Auditoria debe ser organizada usando los rubros y las instrucciones especificadas a
continuación.
A. Diseño actual de la Red – Se deben incluir aspectos relativos al tamaño de la Red
y al número de instituciones que participan en su operación. Se
describen las
deficiencias en el diseño de la red o en el establecimiento de la prueba que se
hayan detectado durante la Auditoria. Se indica cuales acciones correctivas se han
planeado para corregir estas deficiencias. Se describen de forma breve las
conclusiones de la última auditoria y se resaltan los resultados de los planes
correctivos anteriores. Se describe brevemente el
control y aseguramiento de
calidad de las actividades relacionadas con la medición de contaminantes diferentes
de los criterio.
B. Instalaciones.
Se
describe
cualquier
instrumento
no
conforme
con
los
requerimientos de las normas vigentes. Se resumen las necesidades de la
institución para colocar equipos en paralelo con los instrumentos no conformes. Se
describe el entrenamiento del personal, la adecuación de las instalaciones y la
disponibilidad de materiales estándar trazables y del equipo necesario para llevar a
cabo la calibración y ajuste de los instrumentos. Se incluyen comentarios sobre
cualesquiera deficiencias de los procedimientos de Laboratorio, personal e
instalaciones, para conducir las pruebas y análisis necesarios para implantar los
monitoreos, así como el plan de aseguramiento de calidad.
C. Datos. Se comentan las oportunidades para mejorar las tareas del personal de la
agencia y las instalaciones para el proceso y presentación de datos de calidad del
aire. Se incluye una línea de tiempo de presentación de datos indicando la fracción
de datos que se presentan después de 45 días. Se incluye una breve discusión del
desempeño de la institución para satisfacer el criterio del 75 % de datos completos.
300
Además se discute cualquier acción necesaria para remediar y mejorar el reporte
de datos. Se discute la adecuación y documentación de los reportes de información.
D. Aseguramiento y Control de Calidad. Se comentan las propiedades del Plan de
Aseguramiento de la Calidad del sistema de monitoreo. Se incluye la aprobación de
estas propiedades, sus cambios recientes y en general se discute la consistencia
entre los procedimientos de operación estándar y el plan de aseguramiento de la
Calidad. Se indica la frecuencia de participación en el Programa de Auditoria. Se
incluyen comentarios sobre los resultados de la auditoria y sobre cualesquiera
acciones correctivas realizadas. Como una meta se establece que los límites de
probabilidad deben ser de un 95% en cuanto a precisión para todos los
contaminantes. La exactitud para PST debe ser menor al ± 10%. La exactitud para
los otros contaminantes debe ser menor a ± 15%. Para comparar el desempeño del
sistema de monitoreo durante los últimos dos años éste se describe brevemente y
se presenta en un resumen tabulado. .
3) Discusión- Se incluye una descripción de la manera en que se están
interpretando los resultados de la Auditoria.
Se
deben identificar aquellas
diferencias encontradas en el proceso de auditoria que afecten tanto la calidad
de los datos como las operaciones de la institución. Se deberá dar seguimiento a
las recomendaciones de acción correctiva que surjan.
4) Conclusiones
y
Recomendaciones
–
Se
deben
centrar
sobre
el
funcionamiento del programa local de monitoreo. Deben tomarse en cuenta la
mayor parte de las áreas problema. Las acciones correctivas que se hayan
tomado por mutuo acuerdo deben incluirse en esta sección.
5) Apéndices de la Documentación de soporte – Consisten en copias limpias y
legibles de los cuestionarios empleados así como cualesquiera de los formatos
empleados en la Auditoria y la documentación adicional que deba incluirse
porque contribuye significativamente a un mayor entendimiento de los resultados
de la Auditoria.
301
4.0
PROCEDIMIENTOS DE AUDITORIA PARA SISTEMAS DE MONITOREO
ATMOSFÉRICO
El beneficio primordial de una auditoria técnica de desempeño es que permite validar y
documentar los datos generados por un sistema de monitoreo. En los procedimientos
se usan los principios de dilución dinámica, titulación en fase gaseosa , fotometría en el
ultravioleta y medición de flujo. En la siguiente tabla se muestra el principio empleado
para el desarrollo de la auditoria.
Tabla 2. Metodología para la auditoria de los contaminantes atmosféricos.
Contaminante
Dióxido de Azufre SO2
Dióxido de Nitrógeno NO2
Monóxido de carbono CO
Ozono O3
Partículas Suspendidas Totales
Procedimiento de Auditoria
Dilución Dinámica –Cilindro con Gas Comprimido
Titulación en Fase Gaseosa
Dilución Dinámica –Cilindro con Gas comprimido
Cilindros con Gas Comprimido Múltiple.
Fotometría en el Ultravioleta
Medición de la Velocidad del Flujo
1. La auditoria se lleva a cabo si los datos de calibración de los analizadores o
muestreadores que están siendo auditados están disponibles. .
2. La auditoria se lleva a cabo si está presente el operador o el representante del sitio y
existe un permiso por escrito para hacerla.
3. Antes de la Auditoria el equipo auditor debe entregar a la institución auditada un
protocolo general de procedimientos, incluyendo la política de la Auditoria e
instrucciones especiales.
4. Al término de la auditoria el operador de la estación debe firmar un documento en el
que reconoce que el auditor ha completado los trabajos correspondientes.
5. Al concluir la Auditoria el auditor debe discutir los resultados auditados con el
operador del sitio o con el representante. Los formatos que muestran las
concentraciones auditadas, las respuestas de los equipos auditados y otros datos
302
pertinentes registrados por el auditor
deben entregarse al responsable de la
estación. En este formato se debe indicar que los resultados no son oficiales hasta
que el reporte final sea entregado. Si el operador o representante del sitio no se
encuentra en el momento de la conclusión de la auditoria, el auditor debe contactar
al personal del sistema de monitoreo tan pronto sea posible para dar aviso del fin de
los trabajos.
6. El auditor debe documentar la verificación de su equipo antes y después de la
auditoria. Esta verificación incluye calibración y la trazabilidad de los datos. Esta
información y el registro escrito de la auditoria deben mantenerse en una bitácora o
en una carpeta que se ubique en un lugar seguro.
7. El auditor debe usar procedimientos específicos. Cualquier desviación de éstos debe
ser aprobado por la institución que ejecuta la auditoria.
8. Todo el equipo auditado y los estándares, incluyendo estándares de gases, aparatos
de medición de flujo, sensores de presión y de temperatura deben ser referenciados
a estándares primarios o a estándares de referencia.
10. Al llegar al sitio de la Auditoria, todo el equipo debe ser inspeccionado para detectar
cualquier daño sufrido durante el transporte. Cada auditor debe tener una lista de
revisión y de control de calidad o bien un procedimiento específico que pueda
usarse para verificar la integridad del sistema.
Antes de comenzar la Auditoria, el auditor debe registrar los siguientes datos:
1.
La dirección del sitio;
2.
La institución que opera el sistema de monitoreo;
3.
El tipo de analizador que esta siendo auditado;
4.
Tipo de calibración usado en la estación y procedimientos generales de operación.
Estos datos se usarán más tarde para determinar las causas de discrepancia entre las
concentraciones determinadas por el auditor y las determinadas por los responsables
de la estación. El auditor debe también marcar el dato registrado con una bandera para
303
verificar que estuvo llevando a cabo su función y para prevenir que el dato auditado sea
confundido con los datos de monitoreo de calidad del aire. Antes de desconectar un
monitor o muestreador del modo de monitoreo de aire ambiente el operador de la
estación tiene que hacer una nota en el sistema de adquisición del datos para indicar
que se está ejecutando una Auditoria.
Las respuestas analógicas deben ser convertidas por el operador de la estación a
unidades de ingeniería (por ejemplo: ppm o μg /m3 ) usando los mismos procedimientos
empleados para convertir los datos a concentración real. Este procedimiento permite
una evaluación del sistema total de monitoreo, del operador de la estación , del equipo
y de los procedimientos.
Al completar la Auditoria todo el equipo de monitoreo debe ser reconectado o regresado
a la configuración registrada antes de iniciar la Auditoria.
Antes de que el auditor deje la estación debe hacer los cálculos de la Auditoria para
asegurar que no existen diferencias ni inconsistencias en los datos.
4.1 Procedimiento de auditoria multigas mediante sistema de dilución –
analizador
Para realizar la auditoria
de analizadores de monóxido de carbono, óxido nítrico,
bióxido de nitrógeno, ozono y bióxido de azufre se emplea un sistema de dilución de
gas que cuenta con un generador interno de ozono. Se puede auditar de manera
simultánea un máximo de dos analizadores. El procedimiento consta de siete pasos:
i.
Preparación del equipo de auditoria;
ii.
Estabilización del regulador del cilindro de gas;
iii.
Estabilización del sistema de dilución de gases;
iv.
Procedimiento de auditoria para CO y SO2
v.
Procedimiento de auditoria para NO/NO2
vi.
Procedimiento de auditoria para O3
vii.
Elaboración de formatos
304
4.2
Procedimiento de auditoria multigas mediante sistema de dilución – toma
de muestra
Una de las formas de auditar instrumentos de medición de la calidad del aire es
mediante la dilución de cantidades conocidas de gases trazables e introducirlas a través
de la toma de muestra de la estación de monitoreo atmosférico a una tasa de 16 litros
por minuto hasta alcanzar concentraciones conocidas de los contaminantes a niveles
ambiente. Estas mezclas de gas también sirven para probar la integridad de todo el
sistema de muestreo.
Para controlar la dilución de los gases (CO, NO, SO2, y CH4 ; CO y H2S ; CO y C3 H8)
de alta concentración contenidos en cilindros, se usa un calibrador de gas marca Sabio
1010 . El calibrador está también equipado con un generador de ozono para auditar
analizadores de ozono. Para determinar las concentraciones reales de ozono se usa
un analizador marca API 400.
Para auditar el monóxido de carbono se calibra un analizador marca API 300e en dos
concentraciones conocidas (7 ppm y 40 ppm ) y en cero, usando un generador de aire
cero Sabio y aire cero de grado ultra puro.
Después de la calibración, se usa el analizador API 300e para trazar el nivel de CO
presente en las subsecuentes muestras de gas diluido. El API 300e responde al nivel
de CO presente en las muestras de gas diluido y se usa para auditar analizadores de
CO y para determinar la concentración real de otros gases presentes en los cilindros
de mezcla.
Los gases y estándares de transferencia usados en las auditorias son certificados
anualmente de manera interna por el Laboratorio de Calibraciones y Transferencia de
Estándares del Instituto Nacional de Ecología dentro del marco del Programa Nacional
de Monitoreo Atmosférico.
4.3
Procedimiento de auditoria para determinaciones meteorológicas
305
Este procedimiento incluye cinco procedimientos individuales para la auditoria de
sensores meteorológicos.
4.3.1 Velocidad del viento
Los sensores de velocidad del viento por lo general utilizan un ensamble de copas o
propelas giratorias tanto en el eje vertical como en el horizontal. Debido a la forma
aerodinámica de las copas la presión del viento se convierte en fuerza de torque. Esto
produce un giro, el cual es realizado a baja fricción empleando rodamientos de
precisión. La velocidad de rotación se convierte en velocidad del viento mediante un
transductor. Una vez superado el estado de reposo existe una correlación lineal entre la
velocidad de rotación y la velocidad del viento,. La auditoria de un sensor de velocidad
del viento permite verificar físicamente que:
1) Éste no ha sufrido cambios y que
2) el transductor está convirtiendo de forma adecuada la velocidad de rotación (rpm)
en velocidad del viento.
Los sensores de velocidad del viento vertical emplean una propela helicoidal de cuatro
paletas. Un generador de tacómetro miniatura produce un voltaje proporcional a la
componente del viento en esa dirección. Cuando la propela rotaen sentido contrario, la
polaridad de la señal se invierte. Esto produce una dirección de giro tanto positiva
como negativa.. En este caso, la auditoria permite verificar la fuerza necesaria para
superar el estado de reposo del sensor, la conversión de las revoluciones por minuto
en velocidad del viento y el cambio de signo de la polaridad.
Un operador familiarizado con el equipo meteorológico debe estar presente durante la
auditoria para hacer los movimientos requeridos en la torre y en los sensores.
4.3.2 Dirección del viento
Los sensores de dirección del viento indican la dirección desde la cual el viento sopla
éste.
306
La dirección del viento se expresa como un ángulo de azimut en un círculo de 360 °
donde 0° o 360° indica el Norte y 180° indica el Sur. Los sensores de dirección del
viento utilizan una veleta situada en el eje vertical para detectarla. El viento aplica una
fuerza a ésta forzando al montaje a girar buscando la posición de fuerza mínima. El eje
del sensor está montado sobre rodamientos de precisión y está
conectado a un
potenciómetro de bajo torque. El potenciómetro produce un voltaje de salida
proporcional a la dirección del viento. La fuerza mínima para girar el sensor se
determina por la relación entre la forma, el tamaño y la distancia desde el eje de
rotación de la veleta y los rodamientos y requerimientos del torque del potenciómetro.
La orientación apropiada del sensor, la operación eficiente de los rodamientos y la
función correcta del potenciómetro son factores que afectan la calidad de los datos de
dirección del viento. Por lo tanto, la aplicación de auditorias a sensores de dirección del
viento permite cuantificar la correcta función de estos componentes. Las auditorias de
orientación del sensor de dirección de viento y de su exactitud se hacen con el sensor
montado en la torre meteorológica. La auditoria del torque de inicio se hace con el
sensor desmontado. Un operador de la estación familiarizado con el equipo
meteorológico debe estar presente durante la auditoria para hacer las manipulaciones
requeridas en la torre y en los sensores.
4.3.3 Temperatura
Para aplicaciones de calidad del aire la temperatura ambiente se mide con un sensor
de temperatura. El sensor puede ser un termistor, una resistencia detectora de
temperatura o un termopar. El sensor debe ser colocado dentro de un escudo de
radiación para protegerlo de los efectos del calentamiento solar y las variaciones del
viento. Se recomienda el uso de un motor aspirador para reducir al mínimo los factores
de error potencial debido a la radiación. El sensor de temperatura ambiente que se va a
auditar es removido del escudo de radiación e introducido junto con el termistor de
referencia en un baño maría a tres temperaturas ( frío, ambiente y caliente ). Los
resultados de cada equipo de medición se comparan para determinar la exactitud del
sensor de temperatura de la estación. Si éste no puede ser sumergido en agua, el
sensor de temperatura de referencia debe colocarse tan cerca como sea posible del
sensor de temperatura de la estación (al menos a unos 10 cm). Se deben registrar tres
lecturas de cada sensor y los resultados deben compararse. Un operador de la
307
estación familiarizado con el equipo meteorológico debe estar presente durante la
auditoria para realizar las manipulaciones requeridas en la torre y en los sensores.
4.3.4 Humedad Relativa
Humedad relativa es el término empleado para describir el contenido de vapor de agua
en el aire. La humedad relativa ( RH ) es la proporción de vapor de agua existente en el
aire a una temperatura dada o a la máxima cantidad que podría
existir a una
temperatura dada. Este valor se expresa ,por lo general, en porciento de humedad
relativa ( % HR ). La cantidad de humedad relativa es una variable que es afectada
por
las
condiciones
atmosféricas
y
éstas
pueden
variar
considerablemente
dependiendo de las condiciones climatológicas. Lo anterior representa cierta dificultad
para llevar a cabo la auditoria de este tipo de sensores. Por lo tanto, es crítico que el
instrumento de referencia se encuentre tan cerca del sensor de la estación como sea
posible.
Otra forma de comparar ambos sensores es insertándolos dentro de un generador de
humedad relativa y generar tres niveles de humedad (30%, 60%, y 90%). Un operador
de la estación familiarizado con el equipo meteorológico debe estar presente durante la
auditoria para realizar las manipulaciones requeridas en la torre y en los sensores.
4.3.5
Presión atmosférica
Los datos de presión barométrica pueden usarse en modelos y son indispensables para
corregir las mediciones ambiente a condiciones estándar (25 ° C y 760 milímetros de
mercurio). Se recomienda un nivel de exactitud en la medición de 10 mb (7.50 mm Hg
) . Esto representa aproximadamente 1 % de la presión estándar (760 mm Hg) o 100
metros en elevación.
La auditoria de un medidor de presión atmosférica se hace por medio de un barómetro
con una exactitud de 0.1% en la escala total. El barómetro está construido de acero
inoxidable y está sellado herméticamente para proveer un alto grado de estabilidad. Se
conecta un transductor a una fuente de energía eléctrica lo que produce un voltaje
proporcional a la presión atmosférica. Este valor aparece desplegado en la pantalla de
cristal líquido. Los valores de la pendiente y la ordenada al origen son aplicados al
308
resultado final el cual se comparacon el sensor de presión de la estación. Se requiere
que la respuesta se encuentre dentro de los 2.25 mmHg del valor real.
4.4
Procedimiento de auditoria para muestreadores de alto
volumen
Los procedimientos de auditoria proporcionados son específicos para muestreadores
de alto volumen para partículas suspendidas con diámetro aerodinámico igual o
menor
a
10
micrómetros
(PM10).
Éstos
están
equipados
con
entradas
seleccionadoras de tamaño que requieren una tasa de flujo real de 1.13 m3/min
(40.0 CFM). Las técnicas de auditoria pueden variar entre los diferentes modelos de
muestreadores por la diferencia en los intervalos de flujo requeridos, en los
dispositivos de control de flujo y en la configuración de los muestreadores. Para este
procedimiento se asumen las siguientes condiciones:
a) El muestreador de flujo másico controlado utiliza un sensor para ajustar la tasa
de flujo controlando la potencia del motor y por lo general está equipado con un
registrador de carta de flujo. El muestreador volumétrico de flujo controlado
utiliza un orificio crítico para el control de flujo y
no está equipado con
registrador de flujo, aunque esa opción esté disponible.
b) La entrada del muestreador está diseñada para operar con un flujo volumétrico
de 1.13 m3/min (40.0 CFM) a condiciones reales. El intervalo aceptable de
fluctuación de flujo es ±10 % de ese valor conforme a las especificaciones del
fabricante. En algunos casos el intervalo del flujo real debe ser corregido por la
elevación del sitio..
c) El estándar certificado de transferencia que se usa para la auditoria es un
calibrador de placas de orificio u orificio variable marca BGI, con manómetro tipo
U. Este equipo es trazable a instrumentos del Laboratorio de Calibración y
Transferencia de Estándares del INE y se certifica anualmente.
309
d) La relación de calibración para un calibrador de orifico variable (auditor) se
expresa en términos del intervalo del flujo volumétrico verdadero (Qc) en las
unidades indicadas por el equipo. (ft3/min, esto es pies cúbicos por minuto o
CFM.
e) Los procedimientos de auditoria de funcionamiento para los muestreadores varían
debido a las diferencias en formas de operación.
4.5
Procedimiento de auditoria para muestreadores continuos para
partículas suspendidas
Existen dos tipos principales de monitores continuos para partículas suspendidas
(PM10) que operan en las redes de monitoreo atmosférico en México, Los
procedimientos que se muestran son aplicables al equipo TEOM de la marca
Rupprecht & Patashnick, serie 1400a y el monitor de atenuación de radiación Beta
(BAM) de la marca Met One mod 1020. Éstos operan a una tasa de flujo de 16.67
lpm. Las técnicas de auditoria pueden cambiar ligeramente debido a algunas
diferencias en la configuración y en el software del muestreador.
El objetivo primordial de un programa de auditoria es identificar errores en el sistema
que puedan generar datos de baja calidad o datos inválidos. No es posible realizar
una evaluación completa de los sistemas de monitoreo continuo de partículas debido
a que no hay estándares de comparación disponibles. Las auditorias de flujo se
hacen para asegurar que dentro del cabezal de entrada se mantiene un flujo
apropiado para llevar a cabo la separación de las partículas que entran.
La evaluación de la exactitud de la tasa de flujo se logra mediante una auditoria.
El procedimiento descrito genera dos estimaciones cuantitativas del desempeño de un
monitor continuo de PM10: el porcentaje de diferencia de la tasa de flujo auditada y
el porcentaje de la tasa de flujo de diseño. El primero determina la exactitud del flujo
indicado por el instrumento mediante la comparación con el flujo medido por un
310
estándar de transferencia. El porcentaje entre los valores de flujo del instrumento
medidos por el estándar de transferencia determina la exactitud de la fuente de
medición designada en condiciones normales de operación.
El operador de la estación debe de encontrarse durante la auditoria. Esta práctica no
solamente contribuye a la integridad de los trabajos, sino que permite que el
operador explique la causa de las discrepancias entre los resultados de la auditoria y
la respuesta del equipo auditado.
311
BIBLIOGRAFIA
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Diario Oficial del 31.de diciembre de 2001.
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enero del 2003.
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1999, U.S. Goverment, Environmental Protection Agency, Chapter I, part 58.
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Volume 1: A
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Protection Agency Office of Research and Development
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II: Part 1, United States Environmental Protection Agency Office of Research and
Development.
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Quality Monitoring, Appendix E. Performance Audit Procedures For Trough The
Probe Criteria Audits. March 2002 Monitoring and Laboratory Division, Quality
Assurance Section.
7. State of California Air Resources Board, Volume V Audit Procedures Manual for Air
Quality Monitoring, Appendix S. Performance Audit Procedures For Meteorological
Sensors. August 2002 Monitoring and Laboratory Division, Quality Assurance
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8. State of California Air Resources Board, Volume V Audit Procedures Manual for Air
Quality Monitoring, Appendix V. Performance Audit Procedures For Continuous PM10 Monitors. March 2004 Monitoring and Laboratory Division, Quality Assurance
Section.
312