Este documento describe diferentes técnicas de monitoreo de la calidad del aire, incluyendo muestreadores pasivos, muestreadores activos, monitores automáticos y monitores remotos. Los muestreadores pasivos son simples y de bajo costo pero tienen una resolución temporal limitada, mientras que los muestreadores activos y monitores automáticos pueden medir concentraciones de contaminantes de forma continua pero son más costosos. Los monitores remotos pueden mapear distribuciones tridimensionales de contaminantes pero tienen aplicaciones especializ

1. MONITOREO DE CALIDAD DEL AIRE
Expositor:
JAIME PARADA IBAÑEZ

2. Motivación
zConocer las diferentes técnicas de monitoreo y sus aplicaciones
zNociones de diseño de redes de monitoreo

3. Monitoreo de Gases y MaterialParticulado

4. ANTECEDENTES
GENERALES
MONITOREO ATMOSFÉRICO
Se define como monitoreo atmosférico a todas las metodologías diseñadas para muestrear, analizar y procesar en forma continua las concentraciones de sustancias o de contaminantes presentes en el aire en un lugar establecido y durante un tiempo determinado.

5. Objetivos del monitoreo(para qué) EstablecerEstablecer bases científicas para políticas de desarrollo.DeterminarDeterminar la congruencia con las normas y los criterios legales.EstimarEstimar los efectos en la población y en el ambiente.InformarInformar al público acerca de la calidad del aire.ProporcionarProporcionar información de fuentes y riesgos de contaminación. Llevar a caboLlevar a cabo evaluaciones de tendencias a largo plazo.MedirMedir los efectos de las medidas de control en la calidad del aire. EstudiarEstudiar las reacciones químicas de los contaminantes en la atmósfera. Calibrar y evaluarCalibrar y evaluar modelos de dispersión de contaminantes en la atmósfera.

6. ESCALAS DE MONITOREO
(Definición de acuerdo a US EPA) MicroescalaDefine las concentraciones en volúmenes de aire asociados con dimensiones de área de algunos metros hasta 100 metros. Esta escala podría tipificar áreas como calles encajonadas del centro de la ciudad y corredores de alto tráfico. Escala MediaDefine las concentraciones típicas de áreas que pueden comprender dimensiones desde 100 m hasta 0.5 Km. Esta escala puede caracterizar áreas como estacionamientos, calles peatonales de los centros comerciales, estadios, edificios de oficinas, calles sin pavimentar, entre otros. Escala Local o VecinalDefine las concentraciones en un área con uso de suelo relativamente uniforme cuyas dimensiones abarcan desde 0.5 a 4 Km. Esta categoría incluye barrios comerciales, industriales y residenciales. Escala UrbanaDefine las condiciones de una ciudad con dimensiones en un rangode 4 a 50 Km. Esta escala generalmente necesita la definición de mas de un lugar de muestreo. Escala RegionalDefine generalmente un área rural de geografía razonablemente homogénea y se extiende desde la decena hasta cientos de kilómetrosEscala Nacional y GlobalLas mediciones que corresponden a esta escala representan concentraciones características de la nación y del mundo como untodo

7. Definición de ObjetivosESTRATEGIA DE MONITOREODefinición de parámetros ambientales•Contaminantes a medir•Parámetros meteorológicosDefinición de número y sitios de muestreo•Localización de sitios de muestreo•Densidad o número de puntos de muestreo•Requerimientos del sitio de muestreoDeterminación de tiempos de muestreo•Duración del programa•Frecuencia de muestreos•Tiempos de toma de muestrasSelección de equipos de muestreo y técnicas de análisis•Muestreadorespasivos•Muestreadoresactivos•Monitores automáticos•Sensoresremotos•Bioindicadores

8. TIPOS DE MONITOREOS

9. MUESTREADORES PASIVOS
FuncionamientoLosmuestreadorespasivos colectan un contaminante específico por medio de su adsorción y absorción en un sustrato químico seleccionado. Después de su exposición por un apropiado período de muestreo, que varía desde un par de horas hasta un mes, la muestra se regresa al laboratorio, donde se realiza la desorcióndel contaminante y después se le analiza cuantitativamente. Ventajas y DesventajasSimple y de bajo costo, permite extender muchas unidades para proveer información en cuanto a la distribución espacial de los contaminantes. Sin embargo el tiempo de resolución de esta técnica es limitado. TécnicasExisten varias técnicas de muestreos pasivos disponibles o en desarrollo para los principales contaminantes urbanos, entre lasque se incluyen las de NO2, SO2, NH3,VOC’s, y O3. UsosExisten dos usos claramente diferenciados: •En puntos fijos de muestreo, para monitorear calidad de aire, especialmente para estudios de fondo y muestreos de amplia cobertura espacial•Exposición personal y estudios epidemiológicos (la gente los puede llevar puestos)

10. MuestreadoresPasivos

11. MuestreadoresPasivos
Tubos pasivos para SO2, NOx, O3

12. MUESTREADORES ACTIVOS
FuncionamientoEstos equipos requieren energía eléctrica para bombear el aire amuestrear a través de un medio de colección físico o químico. TiposLosmuestreadoresactivos más utilizados actualmente son losburbujeadores acidimétricospara SO2, el método de filtración para PST de la OECD y el métodogravimétricode Altos Volúmenes (HighVol.) para partículas totales y fracción respirable de la EPA. Otros tiposTambién existen técnicas de muestreos activos disponibles para la mayoría de los contaminantes gaseosos, como el método de Gries- Saltzmanpara NO2y el método NBKI (Neutral BufferedPotassiumIodide, Solución amortiguadora neutra de yoduro de potasio) para O3, sin embargo la mayoría de estas técnicas han sido reemplazadaspor analizadores automáticos. Para la investigación de aerosolesEn especial los aerosoles secundarios, y gases ácidos se están usando filtros empacados y sistemas “Denuder”.VentajasEstos muestreadores son relativamente fáciles de operar, confiables y han proporcionado la base de datos de mediciones en la mayor parte del mundo.

13. MuestreadoresActivosBolsa PlásticaTubo indicadorTubos adsorbentesBurbujeadores
Muestreadoresportátiles para gases y vapores

14. Muestreadorde alto volumen para PTS y PM10Cabezal Ciclónico Cabezal Impactador
MuestreadoresActivos

15. MuestreadoresActivos
Dicótomo

16. MuestreadoresActivosMinivol

17. MuestreadoresActivosImpactadorHarvard

18. MuestreadoresActivos
Partisol

19. MuestreadoresActivos
Especiaciónquímica

20. MuestreadoresActivos
Denuders

21. ANALIZADORES O MONITORES AUTOMÁTICOS
Funcionamiento
Estos instrumentos se basan en propiedades físicas o químicas del elemento que va a ser detectado continuamente, utilizando métodos optoelectrónicos. El aire muestreado entra en una cámara de reacción donde, ya sea por una propiedad óptica del gas que pueda medirse directamente o por una reacción química que produzca quimiluminiscenciao luz fluorescente, se mide esta luz por medio de un detector que produce una señal eléctrica proporcional a la concentración del contaminante muestreado.

22. ANALIZADORES O MONITORES AUTOMÁTICOS
Funcionamiento
Ventajas
Equipos de alto costo. Pueden ser más susceptibles a problemas técnicos en comparación con los muestreadores, cuando no se cuenta con los programas de mantenimiento adecuados y con personal técnico calificado, ya que requieren de técnicos especializados para la operación rutinaria de los equipos y de métodos más sofisticadosde aseguramiento y control de calidad.
Estos monitores automáticos producen gran cantidad de datos que usualmente necesitan de sistemas telemétricos para su recopilación y computadoras para su subsecuenteprocesamiento y análisis.

23. ANALIZADORES O MONITORES AUTOMÁTICOS
Funcionamiento
Ventajas
Localización
Es muy común en las redes de monitoreo el uso de monitores automáticos junto con muestreadores activos y pasivos

24. MONITORES AUTOMÁTICOSPara gases criterioMonitor de Ozono por absorción UVMonitor de SO2 por fluorescencia UVMonitor de CO por correlación IRMonitor de NO, NO2, NOxpor quimiluminiscenciaMonitor de HCT (CH4 y HNM) por ionización de flamaEstación Calidad de Aire en TalaganteEstación móvil

25. MONITORES AUTOMÁTICOSM=Ko/f2
TEOM para PM10, PM2.5 y PM1.0
Elemento balanza
ACCU

26. MONITORES AUTOMÁTICOS
Monitor atenuación B, PM10 y PM2.5

27. MONITORES AUTOMÁTICOS
TEOM y nephelómetrotopaz, en CENMA

28. MONITORES REMOTOS
Ventajas
Estos equipos pueden proporcionar mediciones integradas de multicomponentesa lo largo de una trayectoria específica en la atmósfera (normalmente mayor a 100 m.). Incluso proporcionar mapas tridimensionales detallados de concentraciones de contaminantes dentro de un área por un período de tiempo limitado.

29. MONITORES REMOTOS
Ventajas
Utilización
Algunos de estos monitoreos remotos se han llevado a cabo por medio de instrumentos montados en aviones o en satélites, cuyos métodos incluyen el uso de correlaciones espectrométricas, el reflejo de la luz solar en las partículas de los aerosoles, absorción infrarroja y emisión espectroscópica, láser de color y de inducción infrarroja fluorescente y la aplicación de técnicas astronómicas.

30. MONITORES REMOTOS
VentajasEstos equipos pueden proporcionar mediciones integradas de multicomponentesa lo largo de una trayectoria específica en la atmósfera (normalmente mayor a 100 m.). Incluso proporcionar mapas tridimensionales detallados de concentraciones de contaminantes dentro de un área por un período de tiempo limitado. UtilizaciónAlgunos de estos monitoreos remotos se han llevado a cabo por medio de instrumentos montados en aviones o en satélites, cuyos métodos incluyen el uso de correlaciones espectrométricas, el reflejo de la luz solar en las partículas de los aerosoles, absorción infrarroja y emisión espectroscópica, láser de color y de inducción infrarroja fluorescente y la aplicación de técnicas astronómicas. AplicacionesLas aplicaciones son muy especializadas y particularmente se utilizan para investigaciones cerca de las fuentes de emisión, en las plumas de las chimeneas y para mediciones verticales de contaminantes gaseosos y aerosoles en la atmósfera.

31. MONITORES REMOTOS
VentajasEstos equipos pueden proporcionar mediciones integradas de multicomponentesa lo largo de una trayectoria específica en la atmósfera (normalmente mayor a 100 m.). Incluso proporcionar mapas tridimensionales detallados de concentraciones de contaminantes dentro de un área por un período de tiempo limitado. UtilizaciónAlgunos de estos monitoreos remotos se han llevado a cabo por medio de instrumentos montados en aviones o en satélites, cuyos métodos incluyen el uso de correlaciones espectrométricas, el reflejo de la luz solar en las partículas de los aerosoles, absorción infrarroja y emisión espectroscópica, láser de color y de inducción infrarroja fluorescente y la aplicación de técnicas astronómicas. AplicacionesLas aplicaciones son muy especializadas y particularmente se utilizan para investigaciones cerca de las fuentes de emisión, en las plumas de las chimeneas y para mediciones verticales de contaminantes gaseosos y aerosoles en la atmósfera. DesventajasSon instrumentos muy caros y extremadamente complejos, y presentan además dificultades con la validación de sus datos, niveles de confianza y calibración.

32. Monitores remotos
Equipo DOAS (DiferentialOpticalAbsorptionSpectroscopy

33. Monitores remotos
Mediciones desde Avión
Mediciones desde base en tierra
LIDAR (lightdetectionandranging)

34. BIOINDICADORES
AplicacionesSe utilizan bioindicadores (generalmente plantas) para estimar el efecto de los contaminantes atmosféricos. MétodosLos métodos incluyen: •Uso de la superficie de las plantas como receptoras de contaminantes y de su capacidad para acumular contaminantes. Requiere de análisis en laboratorio•Estimación de los efectos de los contaminantes en el metabolismoo en la información genética de las plantas. Requiere de técnicas muy sofisticadas. •Estimación de los efectos de los contaminantes en la apariencia de las plantas. Se puede realizar en terreno por expertos y no se necesitan análisis de laboratorio. •Distribución y análisis de plantas específicas como indicadores de calidad del aire, como el tipo y distribución de líquenes para estimar los efectos fitotóxicostotales de la contaminación del aire. Se puede realizar en terreno por expertos y no se necesitan análisis de laboratorio. LimitacionesDada la complejidad de los problemas involucrados actualmente, el uso de las técnicas de biomonitoreose limita a localizaciones específicas, particularmente en estudios de monitoreo de ecosistemas, proporcionando información útil también a niveles regionales.

35. COMPARACIÓN ENTRE TÉCNICAS DE MONITOREO
Costo Variable
Problemas en la estandarización de sus metodologías y otros inherentes a los procedimientos. Algunos requieren análisis de laboratorio.
Baratos. Útiles para identificar la presencia de algunos contaminantes.
Bioindicadores
> $ 200 000 por sensor.
Muy complejos y caros. Difíciles de operar, calibrar y validar. No son siempre comparables con los analizadores convencionales.
Proporcionan patrones de resolución de datos. Útiles cerca de fuentes y para mediciones verticales en la atmósfera. Mediciones de multicomponentes.
SensoresRemotos
$ 10000 - 20000 por monitor.
Complejo. Caro. Requiere técnicos calificados. Altos costos periódicos de operación.
Alto funcionamiento comprobado. Datos horarios. Información onliney bajos costos directos.
Monitores Automáticos
$ 2 000 -4 000 por unidad
Proporciona concentraciones pico o de alerta. Trabajo intensivo. Requieren análisis de laboratorio.
Bajo costo. Fáciles de operar. Confiables en: operación y funcionamiento. Historia de bases de datos.
Muestreadores Activos
$ 2 -4 por muestra
No probado para algunos contaminantes. En general sólo proveen promedios semanales y mensuales. Requieren análisis de laboratorio.
Muy bajo costo. Muy simples. Utilespara cribado y estudios de base
Muestreadores Pasivos
INVERSIÓNU.S. DLLS
DESVENTAJAS
VENTAJAS
METODOLOGÍA

36. CRITERIOS DE CLASIFICACIÓN DE ESTACIONES DE MONITOREO DE CALIDAD DE AIRE
Según el Centro Europeo sobre Tópicos de Calidad del Aire (EuropeanTopicCenteronAirQuality ETC-AQ)
Estación RemotaEsta estación es usada para determinar los niveles de la línea de base de la contaminación atmosférica producida por las fuentes de origen natural, así como el transporte de estos contaminantes a través de la atmósfera a grandes distancias. Estas estaciones deben ser ubicadas lejos de las fuentes de emisión. Estación RuralEsta estación se utiliza para realizar monitoreos que determinenlas líneas de base a nivel regional de la calidad del aire resultante del transporte y distribución de los contaminantes y las emisiones de una región donde están localizadas. Estación cercana a la ciudadEsta estación se utiliza para realizar monitoreos que determinenlas líneas de base a nivel regional de la calidad del aire resultante del transporte y distribución de los contaminantes y las emisiones de una región donde están localizadas las estaciones de monitoreo. Estas estaciones puedenlocalizarse en áreas fuera de la ciudad, que contengan pueblos o comunidadesmuy cercanas entre sí. Estación UrbanaEstas estaciones se utilizan para monitorear el promedio de los niveles de calidad de aire en áreas urbanas (concentración de la línea de base urbana). Este es el resultado del transporte de contaminantes atmosféricos desde las afueras del área urbana y desde el interior de la misma. Sin embargo, estas estaciones no están directamente influenciadas por fuentes de emisión dominantes tales como zonas industriales o de alto tráficoEstación IndustrialEstas estaciones se usan para monitorear los niveles de contaminación del aire proveniente de zonas industriales. Las emisiones industriales tienen una influencia predominante y directa sobre estas estaciones (situaciones críticas) Se deben colocar tanto en áreas urbanas como rurales. La clasificación de estas estaciones es altamente dependiente de los niveles y características de las emisiones. Estación de TráficoEstas estaciones se utilizan para monitorear los niveles de la contaminación del aire en calles con tráfico importante. Las emisiones de lasfuentes móviles tienen una influencia predominante y directa sobre estas estaciones (situaciones críticas).

37. MEDICIONES CONTINUAS DE CALIDAD DE AIRE
Equipamiento de
estaciones móviles

38. SO2O3PM10DataloggerEquipamiento estaciones de calidad de aireGen. Aire Cero 1MulticalibradorTomamuestrasGases CalibraciónSalida gasesCabezal PM10WS, WDT, HRTransf. Manualde datosmodemMástilMeteorológicoGen. Aire Cero 2
NO, NO2, NOx
CO
HCNM, CH4
Transf.
Automática
de datos
Computador
CENMA

40. Equipamiento Estaciones Móviles de Calidad de Aire
Medición de Gases CriterioMonitor de Ozono por absorción UVMonitor de SO2por fluorescencia UVMonitor de CO por correlación IRMonitor de NO, NO2, NOxpor quimiluminiscenciaMonitor de HCT (CH4y HNM) por ionización de flamaMódulo de Calibración de Monitores de GasesMulticalibrador(dilutorde gases) con generación de OzonoGenerador de aire ceroGases de referencia (protocolo EPA) de SO2, NOx, CH4, COMedición Continua de MaterialParticuladomenor a 10 micronesMonitor continuo TEOMMedición de Parámetros MeteorológicosSensorde TemperaturaSensorde Humedad relativaSensorde Velocidad de vientoSensorde dirección de vientoTorre telescópica de 10 m.

41. SO2 API Monitor

42. CO API Monitor

43. NOxAPI Monitor

44. O3 API Monitor

45. MulticalibradorAPI700

46. Generador de Aire Cero

47. M=Ko/f2
TEOM R&P

48. TEOM Instalado en una caseta

49. NOCIONES BÁSICAS PARA EL DISEÑO DE REDES

53. UTILIDAD DE LAS METODOLOGÍAS PARA EL MONITOREO DE LA CALIDAD DEL AIRE
DE ACUERDO CON EL OBJETIVO ESTABLECIDOMuestreadores PasivosMuestreadores ActivosMonitores AutomáticosSensores RemotosBioindicadoresVigilar el cumplimiento de los valores límite de calidad de aire.13311Implementación de planes de contingencia.1332Alertas ambientales: vigilancia de valores máximos.1232Investigación del transporte de contaminantes atmosféricos22132Barrido de contaminantes en una trayectoria.23Rastreo de tendencias temporales de calidad de aire.21331Medición del impacto de las medidas de control en la calidad de aire.32321Calibración y evaluación de modelos de dispersión.1133Monitoreo Kerbside (en banqueta).331Efectos de la contaminanción atmosférica global. Inventario de efectos.22213Estudios de Salud Pública3311Medición de concentraciones de fondo.3113Monitoreos en fuentes fijas.1233Monitoreo perimetral a industrias riesgosas.12331OBJETIVOSMETODOLOGIASNota: Los valores del 1 al 3 indican la utilidad de metodología. Correspondiendo el número 3 a la tecnología más recomendada para cumplir con el objetivo. La ausencia de valor implica que esta tecnología no es recomendable para cumplir con el objetivo establecido.

54. LOCALIZACIÓN DE ESTACIONES
Criterios Recomendados para la Ubicación de Estaciones de Monitoreo Atmosférico
Estación de Exposición de Peatones en el centro de la CiudadLocalizar la estación en el centro del distrito comercial y de negocios de un área urbana, en una calle congestionada del centro y rodeada de edificios (tipo cañón); con “n” peatones y un tráfico vehicular promedio que deberá exceder los 10 mil vehículos/ día, con velocidades promedio inferiores a los 15 mph. La toma del monitor deberá localizarse a 0.5 m de la orilla de la banqueta a una altura de 3 +0.5 m. Estación de Exposición de Fondo en el centro de la CiudadLocalizar la estación en el centro del distrito comercial y de negocios de un área urbana, alejada de cualquier calle principal. Específicamente, ninguna calle con un tráfico promedio diario que exceda los 500 vehículos/día podrá estar a menos de 100 m de la estación de monitoreo. Ubicacionestípicas podrán ser parques, centros comerciales de tiendas departamentales, o espacios abiertos que no tengan tráfico. La toma del monitor deberá colocarse a una altura de 3 +0.5 m. Estación de Exposición de la Población en un Área ResidencialLocalizar la estación en el punto medio de un área suburbana o residencial, pero no en el centro de su distrito comercial. La estación no deberá estar a menos de 100 m de cualquier calle que tenga un volumen de tráfico que exceda 500 vehículos/día. La toma del monitor deberá colocarse a una altura de 3 +0.5 m. Estación Meteorológica de MesoescalaLocalizar la estación en el área urbana a una altura apropiada para obtener datos meteorológicos y de calidad del aire a diferentes alturas.El propósito de esta estación es determinar tendencias y datos meteorológicosa diferentes alturas. Ubicaciones típicas son edificios altos y torres de radiodifusión. Deberán especificarse cuidadosamente con los datos, la altura de la toma del muestra junto con el tipo de ubicación de la estación. Estación de Fondo No UrbanaLocalizar la estación en un área no urbana, remota, que no tengatráfico vehicular ni actividad industrial. El propósito de esta estación es monitorear para análisis de tendencias, para apreciar la no degradación y estudios geográficos a gran escala. La altura de la toma de muestra deberá ser especificada. Estación para Estudios Especializados de FuentesLocalizar la estación muy cerca de la fuente de contaminación enestudio. El propósito de este tipo de estación es determinar el impacto en la calidad del aire de una fuente de emisiones en particular, en ubicaciones específicas. La toma del monitor deberá colocarse a una altura de 3 +0.5 m a menos que se requieran consideraciones especiales.

55. FACTORES Y RECOMENDACIONES PARA LA SELECCIÓN DE
UN EQUIPO AUTOMÁTICO DE MONITOREO

56. Etapas de un Plan de Aseguramiento de Calidad

57. Validación de la información

58. Validación de la información
Etapas
Eliminar datos física y espacialmente inconsistentes (valores escapados o erróneos) •Nivel 0Verificar la generación de datos (calibraciones, chequeos, mantención, etc)•Nivel 1Verificar consistencia interna, con la serie de datos (desplegarinformación)•Nivel 2Verificar consistencia temporal y espacial, comparar con series históricas, con otros lugares, correlacionar con otras variables.•Nivel 3Evaluar la información de acuerdo a los criterios de interpretación y uso de esta