El documento evalúa las emisiones de aerosoles producidas por la quema de residuos de papa mediante tres tipos de quema: frontal, reverso y horizontal. Los resultados mostraron que la quema frontal produjo las mayores emisiones de magnesio, calcio, sodio, potasio y fósforo, así como la mayor cantidad de material particulado. La investigación cuantificó las emisiones de varios compuestos relacionados con la biomasa de papa y notó diferencias basadas en el tipo de quema.

1. "Emisión de aerosoles por la quema de biomasa: residuos de papa"
“Emission of aerosols by the biomass burning: residues of potato”
Solis Llallico, Mensia
Resumen
El uso del fuego durante los últimos años ha ocasionado diversos problemas de
contaminación del aire. Un tema de actual preocupación es la emisión de material
particulado (aerosoles) debido a las quemas de biomasas de ecosistemas terrestres.
Estas quemas son de biomasas en la región Andina donde importantes cantidades
son quemadas periódicamente relacionadas a actividades agrícolas principalmente.
Este proyecto evaluó la composición química elemental de la emisión aerosoles por
las quemas de biomasa de residuo agrícola del cultivo de papa. Así mismo se
compararon las emisiones de diversos tipos de quemas (frontal, reverso y horizontal).
Esto mediante la medición de la masa del aerosol y su análisis químico elemental
usando Inductively Coupled Plasma (ICP).
El trabajo permitió cuantificar las emisiones de diversos compuestos relacionados a la
biomasa de papa como son el magnesio (Mg), calcio (Ca), sodio (Na) y potasio (K),
los cuales fueron posibles de notar sus diferencias en función al tipo de quema
realizada. Las mayores emisiones fueron realizadas durante la quema frontal. Es
necesario aún poder aumentar los experimentos y la mayor determinación elemental
de los compuestos de interés agrícola.
Palabras Clave: quemas, biomasa, residuos agrícolas, contaminación del aire.

2. Summary
Fire uses during the last years has caused many problems of air pollution. An actual
issue of concern is the particulate matter (aerosols) emissions due to biomass burning
of terrestrial ecosystems. These burnings are biomass from the Andean region where
important amounts are burned periodically related mainly to agriculture activities.
This research evaluated the chemical composition of the emission of aerosols by the
biomass burning of residues of potato crops. Also this research compared the
emissions of diverse types of burning (head, back and flat). This was made with the
measurement of the aerosol mass and the elemental chemical analysis using
Inductively Coupled Plasma (ICP).
This work quantified the diverse elements related to potato biomass like magnesium
(Mg), Calcium (Ca), Sodium (Na) and Potassium (K), and also it was possible to note
the different values based on the type of burning produced. The higher emissions
were obtained during the head burning. It is needed the increase the number of
experiments and a better elemental determination with the elements of agricultural
interest.
Keywords: burning, biomass, agriculture residues, air pollution

3. Introducción
El ser humano ha tenido una estrecha relación con el fuego desde tiempos tempranos de
la civilización. Debido principalmente a la agricultura, el fuego se ha usado ampliamente.
Su utilización incluye la limpieza del terreno agrícola, quema de residuos agrícolas,
cambio de cobertura vegetal (de bosque a cultivo agrícola), etc. Sin embargo, su uso
extensivo ha ocasionado que las quemas de vegetación sean la principal fuente de
contaminantes del aire en la región tropical (Crutzen y Andreae, 1990; Andreae, y
Crutzen, 1997) Por ejemplo, la quema de vegetación es responsable de la emisión de 2 a
5x105 g de carbono (C) por año en la región tropical. Para fines de comparación, la
quema de combustible fósil emite 5.5x105 g de C por año (Crutzen, y Lelieveld, 2001)
Esta emisión además comprende diversos contaminantes, especialmente aerosoles
(material particulado PM10 y PM2.5), que tienen roles importantes en la calidad del aire
de las ciudades, y en el Cambio climático debido a posibles cambios que se deben al
incremento de la concentración de los llamados “gases del efecto invernadero” en la
atmósfera, tales como CO2, cuyo incremento está causado por actividades como la
quema de Biomasa, provocando la disminución de la capa de ozono por el escape de los
clorofluocarbonos, provocando los denominados “agujeros de ozono”. Por estos agujeros
penetran los peligrosos rayos ultravioletas.
El incremento de la deposición ácida está causando daños a los lagos, árboles y suelos
por las lluvias acidas. Por ello es un tema de actual interés científico debido a la gran
incertidumbre respecto a su rol en el sistema terrestre, que incluso indica que podría tener
un efecto contrario al efecto invernadero, al reflejar la radiación solar o promover la
formación de una mayor cobertura nubosa (IPCC, 2001).
En este sentido, los Andes y la Amazonia son zonas de abundante actividad por quemas
de vegetación, como parte del cambio de uso de suelos para aprovechamiento agrícola
(Setzer et al, 1991) y quemas de residuos agrícolas.
Por ello, este proyecto evaluó la composición química elemental de la emisión de los
aerosoles por las quemas de biomasa de residuo agrícola. Así mismo se compararon las
emisiones de diversos tipos de quemas (frontal, reverso y horizontal). Esto mediante la
medición del material particulado emitido y su análisis químico elemental.

4. Materiales y Métodos
El principal equipo utilizado para la realización del presente trabajo fue un sistema de
quema de vegetación. La facilidad de quema experimental presentado en la figura N.1
La construcción de este prototipo consiste de una bomba de vació (HI-Q Environmental
Company, USA), con una potencia de ¼ HP que produce hasta 100 l/min de flujo de aire.
Esto permite la colecta de material particulado mediante el sistema de la Unidad de Filtro
Estacionario (Stacker Filter Unit, SFU) según lo descrito por Parker et al. (1977). En el
SFU se colocan en paralelo filtros de Nucleopore de 8 um y Teflón de 0.2 um. Con este
arreglo y un flujo de cerca de 16 l/min es posible hacer una eficiente separación de la
fracción fina de la gruesa del material particulado. Siendo la separación de gruesa en el
rango de 2.0<dp<15um y fina en el rango de dp<2.0, donde dp es el diámetro de partícula.
Esta separación brinda un mejor entendimiento de las emisiones de material particulado y
la composición química del aerosol (dp<10um). Este sistema también está basado en las
descripciones para las mediciones elementales realizadas por Mayol-Bracero et al (2002)
y Echalar et al (1998) para investigaciones hechas sobre emisiones de quemas de
vegetación en la Amazonia. Así mismo, los filtros utilizados en esta investigación fueron
de teflón para la fracción fina y de nucleopore para la fracción gruesa.
El método de análisis utilizado en las muestras colectadas para lograr la determinación de
la composición química elemental fue el Plasma Acoplado Inductivamente (Inductively
Coupled Plasma, ICP) sugerido según el trabajo de Gidhagen et al (2002). Este método
tiene la ventaja de realizar la determinación simultánea de hasta 30 elementos químicos
entre metales y no-metales, por lo que es posible obtener una mayor información de las
muestras a estudiar. Adicionalmente, el límite de detección es muy bajo lo que permite
detectar valores traza de los elementos. Cabe indicar que los filtros fueron pesados antes
y después de cada experimento para poder determinar la masa del aerosol colectado.
Esta pesada se realiza hasta las unidades de 5 decimales de gramo. También fue
determinado el volumen de aire colectado para poder determinar la concentración por
volumen de aerosol colectado mediante la utilización de un rotámetro.
La enorme ventaja de este prototipo es su versatilidad para poder usarlo con cualquier
residuo a quemar. Posee una superficie donde es posible colocar el material de interés y
luego los humos son atrapados a través de la chimenea, por un ventilador. En esta ruta de
la chimenea a aproximadamente 3.5 metros se encuentra la toma de muestra del material

5. particulado. Así mismo, la superficie donde se quema, mediante una serie de conexiones,
permite simular diversos tipos de fuego: fuego frontal (head fire), fuego reverso (back fire)
y fuego plano (flat fire), que suelen tener mucha importancia para determinar la
composición y el tamaño de las partículas que son emitidas a la atmósfera. Además en
esta parte de la facilidad se tiene instalada una termocupla que mide la intensidad del
fuego producido.
Tubo de salida
de humos
Manguera de
Colector de
colecta de humos
humos
Porta muestras
Porta filtros
Rotámetros
Fig. 1. Prototipo de la facilidad de quema experimental. La muestra a quemar está bajo la
chimenea (residuos de papa) y el sistema de colecta de aerosoles al lado derecho, que
incluye la bomba de vacío y los controles digitales (no mostrados). En la parte superior
están los controles de flujo y porta filtros.

6. Adicionalmente, creemos que esta facilidad pueda ser ampliamente usada por tesistas de
la Universidad Nacional del Centro del Perú y así mismo pueda ser mejorada para realizar
diversos estudios sobre la composición química de la calidad del aire en temas
relacionados a las quemas de carbón de las pollerías, las quemas de leñas en las zonas
rurales, etc. (ver también Artaxo et al., 1988 y 2005).
Resultados y Discusión
… Durante la ejecución del proyecto de investigación, se han podido evaluar los
resultados obtenidos en base a las diferencias encontradas entre los tipos de quema
efectuadas: frontal, horizontal y reverso. Este fue realizado teniendo en consideración
las diferentes condiciones geográficas que se tienen en la región Andina donde los
cultivos de papa son realizados. Estas prácticas agrícolas pueden incluir terrenos planos y
con diversa pendiente desde ligeras a muy pronunciadas. Por ello, el experimento realizó
una inclinación al recipiente donde se disponía a la biomasa a quemar, con la finalidad de
poner lograr una inclinación de aproximadamente 45 grados. Luego, se realizó dos
variaciones a esta inclinación:
1. Fuego frontal, con el fuego inicial desde la parte inferior teniendo luego una
dirección ascendente hasta el borde superior.
2. Fuego reverso, con el fuego inicial en la parte superior teniendo luego una
dirección descendente hasta el borde inferior.
Adicionalmente se debe de indicar el tercer tipo:
3. Fuego horizontal, sin ninguna inclinación, iniciando el fuego en cualquier
dirección.
Esto es posible notar en la figura 1 para los principales componentes relacionados a los
residuos agrícolas como son el Magnesio (Mg), Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K) y
Fosforo (P) con valores máximos de emisión de 2.837, 303.8, 183.7, 143.5 y 1.475 ug/m3.
De estos resultados es posible indicar que el tipo de quema tiene un rol importante en la
mayor o menor emisión de algunos elementos. La figura 2 muestra las diferencias entre
los demás elementos de menor concentración que eventualmente están influenciados por
las emisiones provenientes del material usado en la facilidad de quema metálica.

7. 350
300 Frontal
Reverso
250
Horizontal
(ug/m3)
200
150
100
50
0
Magnesio Sodio Calcio Potasio
Fig. 1. Variación de emisiones de elementos más relacionados a las quemas de residuos
agrícolas. (Corporación Laboratorios Ambientales del Perú S.A.C. Protocolo 51408)
16
14
12 Frontal
10 Reverso
(ug/m3)
8 Horizontal
6
4
2
0 rro
o
c
re
o
o
io
o
rio
so
t io
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o
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Se
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ga
Fo
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C
C
Al
ol
Es
An
an
M
M
Fig. 2. Variación de emisiones de elementos menos relacionados a quemas de residuos
agrícolas, influenciados por la composición metálica de la facilidad de quema (chimenea)
utilizada. (Corporación Laboratorios Ambientales del Perú S.A.C. Protocolo 51408)
La figura 3 muestra las variaciones relacionadas al material particulado emitidos en cada
caso, donde es posible notar que un mayor registro fue posible de registrar en el fuego
frontal donde la mayor intensidad de la quema produjo una mayor emisión de partículas a
la atmósfera por lo que se registró un mayor valor en dicho experimento.

8. 1.6
mg por 250g de masa humeda
1.4
1.2
1.0
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
Frontal Reverso Horizontal
Fig. 3. Variación de las emisiones de material particulado (aerosoles) relacionados a las
quemas de residuos agrícolas de papa bajo diferentes tipos de quema.
Así mismo si consideramos a nivel de la producción de CO2 por parte de la quema de
residuos agrícolas, el trabajo de recopilación de información de Andreae y Merlet, 2001,
brinda una serie de factores de emisión para diversos compuestos químicos, en el caso
del CO2 le asigna el valor de 1515 ± 177 gramos de CO2 por kilogramo de materia seca
quemada. Es escasa la información sobre la cantidad de kilogramos de residuos agrícolas
que se queman en el Perú, por lo que es necesario mejorar la información sobre este
tema, lo que se espera lograr en los próximos trabajos.
Conclusiones
• El trabajo permitió cuantificar las emisiones de diversos compuestos relacionados
a la biomasa como son el Magnesio (Mg), Calcio (Ca), Sodio (Na), Potasio (K) y
Fosforo (P) con valores máximos de emisión de 2.837, 303.8, 183.7, 143.5 y 1.475
ug/m3. los cuales fueron posibles de notar sus diferencias en función al tipo de
quema realizada. Las mayores emisiones fueron realizadas durante la quema
frontal ocasionadas por una mayor intensidad de quema y mayores temperaturas.
Es necesario aún poder aumentar los experimentos y la mayor determinación
elemental de los compuestos de interés agrícola.
• En los resultados del análisis de calidad de aire notamos un alto nivel de cadmio y
zinc estos son transportados por los vientos y por las lluvias son depositados en

9. los suelos, estos metales son considerados Metales Pesados con un alto nivel de
movilidad en los suelos.
• Tenemos aluminio que son más frecuente en los suelos ácidos provocando una
contaminación en el crecimiento de las plantas, obstaculizando los poros de los
tallos y raíces de las plantas lo cual no dejan pasar a los micronutrientes que
necesitan las plantas.
• El plomo y cobre contaminan por dos formas, uno la calidad del aire mientras que
el otro la calidad del suelo; hay que mencionar que estos elementos pesados se
encuentran inmóviles en los suelos, es por eso que contaminan a las aguas
subterráneas por lixiviación.
• Al quemar la biomasa producimos contaminantes primarios (CO, NO, SO2) en su
mayoría partículas en suspensión, al reaccionar estos contaminantes con
elementos del aire y/o entre ellos mismos originan los contaminantes secundarios
(O3, NO3, H2O2, SO2, HNO3) y las sales de NO3 y SO4 , estos son los principales
responsables de las lluvias acidas.
Literatura Citada
1. Andreae, M.O, (1991). Biomass burning: Its history, use and distribution and its impact
on environmental quality and global quality, en Global Biomass Burning: Atmospheric,
Climatic and Biospheric Implications, (Editado por J.S. Levine), MIT Press, Cambridge,
Mass, pp. 3-21.
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and role in atmospheric chemistry, Science, 276, 1052-1058.
3. Andreae, M. O. and P. Merlet, (2001). Emission of trace gases and aerosols from
biomass burning, Global Biogeochemical Cycles, 15, (4), 955–966, 2001.
4. Artaxo, P., H. Storms, F. Bruynseels, R. Van Grieten y W. Maenhaut, 1988.
Composition and sources of aerosols from the Amazon Basin J. Geophys. Res., 93
1605-1615.
5. Artaxo, P., L. V. Gatti, A. M. Córdova, K. M. Longo; S. R. de Freitas, L. Lara; T. M.
Pauliquevis1; A. S. Procópio1; L. V. Rizzo, 2005. Química atmosférica na Amazônia: A
floresta e as emissões de queimadas controlando a composição da atmosfera
amazônica, Acta Amazonica, 35 (2), 185-196.

10. 6. Crutzen, P.J. y M. Andreae, (1990). Biomass burning in the tropics: impacts on
atmospheric chemistry and biogeochemical cycles, Science, 250, 1669-1678.
7. Crutzen, P.J. y P.R. Zimmerman, (1991). The changing photochemistry of the
troposphere, Tellus, 43A-B, 136-151.
8. Crutzen, P.J., y G.R. Carmichael, (1993). Modeling the influence of fires on
atmospheric chemistry, in Fire in the Environment: The ecological, atmospheric,
climatic importance of vegetation fires, edited by P.J. Crutzen and J.G. Goldammer,
pp. 89-106, John Wiley, New York.
9. Crutzen, P. y J. Lelieveld, (2001). Human impacts on atmospheric chemistry, Annu.
Rev. Earth Planet. Sci., 29, 17-45.
10. Echalar, F., P. Artaxo, J.V. Martins, M. Yamasoe, F. Gerab, W. Maenhaut y B. Holben,
1998. Long-term monitoring of atmospheric aerosols in the Amazon Basin: Source
identification and apportionment, J. Geophys. Res., 103 (D24), 32,849-31-864.
11. Gidhagen, L., H. Kahelin, P. Schmidt-Thomeb, C. Johansson, 2002. Anthropogenic
and natural levels of arsenic in PM10 in Central and Northern Chile, Atmospheric
Environment 36, 3803–3817