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UNIVERSIDAD NACIONAL AGRARIA DE LA SELVA
FACULTAD DE RECURSOS NATURALES RENOVABLES
ESCUELA PROFECIONAL DE INGENIERIA AMBIENTAL
PRACTICAS PRE - PROFESIONALES
OZONO TROPOSFÉRICO (O3) EN EL CASCO URBANO DEL
DISTRITO DE CASTILLO GRANDE, PROVINCIA DE LEONCIO
PRADO, HUANUCO, 2018
EJECUTOR: ZEVALLOS RONCAL, Daniel Ángel
ASESOR: Ing. BETETA ALVARADO, Víctor Manuel
EJECUCIÓN: Universidad Nacional Agraria de la Selva
FECHA DE INICIO: 8 de febrero
FECHA DE INICIO: 8 de mayo
TINGO MARÍA - 2018
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ÍNDICE GENERAL
I. INTRODUCCION ......................................................................................... 1
1.1. Objetivo general .................................................................................... 2
1.2. Objetivos específicos ............................................................................ 2
II. REVISION DE LITERATURA ...................................................................... 4
2.1. Atmosfera .............................................................................................. 4
2.2. Aire........................................................................................................ 6
2.2.1. Componentes naturales del aire ................................................... 6
2.3. Contaminación Atmosférica .................................................................. 7
2.3.1. Clasificación de los contaminantes atmosféricos ......................... 8
2.3.2 Fuentes de contaminación ............................................................ 9
2.3.3. Factores topográficos y meteorológicos. .................................... 11
2.4. Ozono troposférico (O3) ....................................................................... 13
2.4.1. Propiedades fisicoquímicas ......................................................... 13
2.4.2. Origen del Ozono troposférico ..................................................... 14
2.4.3. Ciclo fotoquímico del O3 ............................................................................................ 15
2.4.4. Directrices de la OMS .................................................................. 16
2.4.5. Estándares de calidad ambiental para el O3 (ECA) ..................... 16
2.4.6. Efectos negativos del O3 en el ambiente y la salud ..................... 16
III. MATERIALES Y METODOS ................................................................... 20
3.1. Descripción de la zona de estudio ....................................................... 20
3.1.1. Lugar de ejecución ...................................................................... 20
3.1.2. Ubicación Política ........................................................................ 20
3.2. Equipos y materiales ............................................................................ 20
3.2.1. Equipos ....................................................................................... 20
3.2.2. Materiales .................................................................................... 21
1
3.2.3. Reactivos .................................................................................... 21
3.3. Metodología ........................................................................................ 21
3.3.1. Determinación de los puntos de evaluación ............................... 21
3.3.2. Determinación del flujo vehicular ................................................ 22
3.3.3. Determinar las fuentes probables de la generación de ozono
troposférico ................................................................................. 23
3.3.4. Determinación del ozono troposférico (O3) en el aire ................. 23
3.3.5. Comparación de la concentración de ozono troposférico
obtenidos con respecto a las ECAs .......................................... 26
IV. RESULTADOS ....................................................................................... 27
4.1. Determinar el número y la ubicación de puntos. ................................. 27
4.2. Determinar el flujo vehicular dentro del área de influencia
atmosférica……………………………………………………………………
…...................................................................................................... 29
4.3. Determinación de las fuentes probables de generación de ozono
troposférico........................................................................................ 35
4.4. Calcular la concentración de ozono troposférico por el método
de tren de muestreo ........................................................................... 37
4.4.1. Curva de calibración para el O3…………………………………….37
4.4.2. Concentración de O3 por punto de muestreo.............................. 37
4.5. Comparación de la concentración de ozono respecto a las ECAs ...... 38
V. DISCUSIÓN ............................................................................................... 39
VI. CONCLUSION ....................................................................................... 41
VII. RECOMENDACIONES .......................................................................... 42
VIII. REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS ......................................................... 43
IX. ANEXO ................................................................................................... 45
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ÍNDICE DE CUADROS
Cuadro 1. Componentes naturales del aire ........................................................ 7
Cuadro 2. Calles, coordenadas y descripción de los puntos a monitorear
en la zona urbana de Castillo Grande ............................................. 27
Cuadro 3. Determinación de flujo vehicular para el punto 1 de evaluación ...... 29
Cuadro 4. Determinación de flujo vehicular para el punto 2 de evaluación ...... 30
Cuadro 5. Determinación de flujo vehicular para el punto 3 de evaluación ...... 30
Cuadro 6. Determinación de flujo vehicular para el punto 4 de evaluación ...... 31
Cuadro 7. Determinación de flujo vehicular para el punto 5 de evaluación ...... 31
Cuadro 8. Probables fuentes de generación de ozono ................................... 35
Cuadro 9. Datos de la absorbancia obtenida para la curva de calibración ....... 46
Cuadro 10. Datos usados para el monitoreo de O3 ........................................................... 47
Cuadro 11. Concentración de O3 en los 5 puntos de evaluación ..................... 48
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ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Capas de la atmosfera de la tierra ...................................................... 6
Figura 2. rosa de viento para el punto 01 .......................................................... 32
Figura 3. Rosa de viento para el punto 02 ........................................................ 33
Figura 4. Rosa de viento para el punto 03 ........................................................ 33
Figura 5. Rosa de viento para el punto 04 ........................................................ 34
Figura 6. Rosa de viento para el punto 05 ........................................................ 34
Figura 7. Concentración del O3 troposférico en ug/m3, con respecto
a los repeticiones por punto ............................................................... 37
Figura 8. Concentración promedio de O3 troposférico en ug/m3, respecto
a los puntos de muestreo ................................................................... 38
Figura 9. Concentración de O3 con respecto a las ECAs .................................. 38
Figura 10. Curva de calibración y ecuación para hallar la concentración
de ozono troposférico ....................................................................... 46
Figura 11. Vista del punto de muestreo 01 ........................................................ 49
Figura 12. Vista del punto de muestreo 05 ........................................................ 49
Figura 13. Disoluciones para la curva de calibración del O3 ........................................... 50
Figura 14. Toma de muestra en el campo ......................................................... 50
Figura 15. Lectura de las muestras obtenidas en el campo .............................. 51
Figura 16 Espectrofotómetro ............................................................................. 51
I. INTRODUCCION
La introducción de sustancias químicas en el medio ambiente natural
y en el ecosistema antrópico, por una parte y el conocimiento que se tiene de los
posibles efectos adversos de esas sustancias químicas en la salud de la
población, por otra parte, hacen necesario evaluar la cantidad real de
contaminantes presentes en el medio ambiente.
Uno de estos contaminantes ambientales es El ozono que es un
contaminante secundario, se forma a partir de reacciones fotoquímicas
complejas con intensa luz solar entre contaminantes primarios como son los
óxidos de nitrógeno (NO, NO2) y compuestos orgánicos volátiles (COV). Los
óxidos de nitrógeno se generan en los procesos de combustión y especialmente
por el tráfico rodado. Los compuestos orgánicos volátiles se generan a partir de
un número de fuentes variado, transporte por carretera, refinerías, pintura,
limpieza en seco de tejidos, y otras actividades que implican el uso de
disolventes.
A esto se une la habitual confusión entre el agujero de la capa de
ozono y la contaminación por ozono, entre la alarmante disminución de los
niveles de ozono (agujero de la capa de ozono) que se viene alertando en los
últimos años, y la igualmente preocupante exposición de la población a
crecientes concentraciones de ozono (contaminación por ozono).
El agujero de ozono se localiza en la estratosfera, capa de la
atmósfera situada aproximadamente entre 12 y 50 km de altura, donde el ozono
se encuentra en grandes concentraciones y actúa como un filtro de la radiación
solar ultravioleta.
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La contaminación por ozono se registra en las capas de la atmósfera
más próximas a la superficie, y se considera como tal cuando la presencia de
dicho gas sobrepasa determinados valores. Se trata del mismo compuesto que
el que existe en la alta atmósfera, pero en concentraciones elevadas el ozono es
un agente potencialmente dañino para la salud de personas, animales y plantas,
así como causante de efectos indeseables sobre los materiales y en general
sobre la calidad de vida de las personas.
La ciudad de Castillo Grande debido a sus características
geográficas, topográficas hace de ella una ciudad atractiva para vivir, por la que
actualmente existe un gran crecimiento poblacional y por lo tanto un crecimiento
del parque automotor; pero también la convierte en una ciudad vulnerable a la
contaminación atmosférica, por lo cual es importante determinar la concentración
de este contaminante en el aire para poder implementar estrategias para mejorar
y mitigar sus efectos. Y dato que nos servirán como antecedentes para futuras
investigaciones.
Esta práctica pre-profesional consiste en estudiar el nivel de
concentración del ozono troposférico (O3) en el casco urbano de Castillo Grande,
con el tren de muestreo para gases y con ayuda de índices de calidad del aire
(INCA), se ofrece una comparación cuantitativa de los resultados obtenidas en
las diferentes puntos de evaluación con el flujo vehicular.
1.1. Objetivo general
Determinar la concentración del ozono troposférico (O3) en el aire del
casco urbano del distrito de Castillo Grande.
1.2. Objetivos específicos
- Determinar y caracterizar los puntos de muestreo en el casco urbano
del distrito de Castillo Grande.
- Determinar las fuentes potenciales de la generación de ozono
troposférico (O3).
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- Determinar las concentraciones de ozono troposférico (O3) por el
método de tren de muestreo.
II. REVISION DE LITERATURA
2.1. Antecedentes
Según ALANIA (2018) presenta los resultados de la estimación de
contaminantes atmosféricos (NO2 y O3) y flujo vehicular, provenientes del
monitores de las principales instituciones educativas del casco urbano de Tingo
María. Las estimaciones fueron estimadas mediante la metodología de EPA para
la determinación de la concentración de NO2 Y O3 que mejor se ajustaron para la
realización de la tesis. Como resultados, fue posible estimar el flujo vehicular, se
estimó que el mayor flujo vehicular en la ciudad de Tingo María es de 39
vehículos por minuto y el menor flujo vehicular de 12 vehículos por minuto, así
mismo para el O3 troposférico se evidencio las mayor concentración de 14.11
µg/m3 y de menor concentración de O3 para Tingo María es de 10.81 ug/m3.
2.2. Atmosfera
Según DIAZ (2001) la atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea
la tierra mientras que el aire es una porción limitada de ella. A menudo, estos
dos términos se usan indistintamente en el estudio ambiental. La atmósfera
terrestre tiene una altura de unos 2 000 km. La densidad de los gases desciende
con la altitud y la temperatura varía también conforme ésta, lo que permite
separar arbitrariamente a la atmósfera en capas para su estudio.
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- La tropósfera. Es la capa más importante y constituye el aire que
respiramos. Ahí se observan los fenómenos meteorológicos que
determinan el clima y se producen los vientos, por los cual, una
masa determinada de aire puede dar la vuelta a la Tierra en unos
pocos días. La temperatura desciende aproximadamente 1°C por
cada 100 metros de altura hasta mantenerse constante en la altitud
de la tropopausa (DIAZ, 2001).
- La estratósfera. Es semejante a la tropósfera; en ella hay poco
vapor de agua y el gradiente de la temperatura es inverso, ya que
la temperatura aumenta entre 10°C y 20ºC en 60 kilómetros de
altura. Este incremento se debe a que el ozono absorbe las
radiaciones ultravioletas e infrarrojas que provienen del sol. Una de
las principales funciones de la estratósfera es que actúa como filtro
de estas radiaciones (DIAZ, 2001).
- La mesósfera. Disminuye el ozono y la temperatura disminuye
también al aumentar la altura hasta llegar a – 70°C.
- La termósfera o ionosfera. Es la capa de la atmósfera más alejada
de la tierra que se conoce, en ella la temperatura aumenta con la
altura y a los 200 km sobrepasa los 500oC. Esto se debe a la
absorción de la radiación solar ultravioleta por el oxígeno molecular
y por el nitrógeno. En ella el aire esta ionizado por la incidencia de
la radiación solar (DIAZ, 2001).
- Exosfera: desde los 600 – 800 Km de altura hasta unos 10.000 Km
según autores. Tiene una bajísima densidad de gases hasta llegar
a ser similar a la del espacio exterior (casi vacío) con lo que el cielo
se oscurece (no hay prácticamente materia que absorba la luz).
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Fuente: DÍAZ, (2001)
Figura 1. Capas de la atmosfera de la tierra.
2.3. Aire
El Aire es una mezcla de gases que rodean la tierra en una capa
relativamente delgada (FREEMAN, 1998).
La mayor parte se encuentra dentro de los primeros 120 Km. de
altura sobre el nivel del mar (95%) (FREEMAN, 1998).
2.3.1. Componentes naturales del aire
El aire atmosférico es una mezcla de gases que, al parecer ha
evolucionado durante varios miles de millones de años hasta llegar a la
composición actual. Sus componentes naturales son nitrógeno, oxígeno y
algunos gases inertes o nobles. Otros componentes como el bióxido de carbono
y el vapor de agua son variables, según el lugar y el tiempo (FREEMAN, 1998).
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Cuadro 1. Componentes naturales del aire
COMPONENTE VOLUMEN % PESO %
Nitrógeno, (N2) 78,03 73,58
Oxígeno, (O2) 20,99 23,08
Argón, (Ar) 0,94 1,28
Bióxido de carbono (CO2) 0,035 0,053
Neón, (Ne) 0,0024 0,0017
Otros gases inertes 0,0024 0,0017
Hidrogeno (H2) 0,00005 0,000004
Fuente: DIAZ, (2001)
2.4. Contaminación Atmosférica
Se comprende como contaminación atmosférica a la presencia en la
atmósfera de sustancias en una cantidad que implique molestias o riesgo para
la salud de las personas y de los demás seres vivos, vienen de cualquier
naturaleza, así como que puedan atacar a distintos materiales, reducir la
visibilidad o producir olores desagradables. El nombre de la contaminación
atmosférica se aplica por lo general a las alteraciones que tienen efectos
perniciosos en los seres vivos, el clima, la naturaleza y los elementos materiales,
y no a otras alteraciones inocuas. Los principales mecanismos de contaminación
atmosférica son los procesos industriales que implican combustión, tanto en
industrias como en automóviles y calefacciones residenciales, que generan
dióxido de carbono (CO2), monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx)
y óxidos de azufre (SO), entre otros contaminantes. Igualmente, algunas
industrias emiten gases nocivos en sus procesos productivos, como cloro o
hidrocarburos que no han realizado combustión completa (MARTINEZ y DIAZ,
2004).
La contaminación atmosférica puede tener carácter local, cuando los
efectos ligados al foco se sufren en las inmediaciones del mismo, o planetario,
cuando por las características del contaminante, se ve afectado el equilibrio del
planeta y zonas alejadas a las que contienen los focos emisores. (MARTINEZ y
DIAZ, 2004)
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2.4.1. Clasificación de los contaminantes atmosféricos
Se pueden clasificar según su origen en. Contaminantes primarios y
contaminantes secundarios (FREEMAN, 1998).
2.4.1.1. Contaminantes primarios
Son los emitidos como tales desde los focos estacionarios o móviles
de los que proceden. Son responsables de la mayor parte de la contaminación
atmosférica.
- Partículas sedimentables y partículas en suspensión
- Compuesto de azufre
- Compuestos de nitrógeno
- Óxidos de Carbono
- Hidrocarburos
- Halogenados y sus derivados
- Metales pesados
- Ruido
- Radiación ionizante
2.4.1.2. Contaminantes secundarios
Son los que se forman por interacción química entre contaminantes
primarios o entre éstos y componentes normales de la atmósfera, especialmente
el vapor de agua y la radiación solar, formándose otros compuestos nuevos por
transformación de los ya existentes.
- Anhídrido sulfúrico (SO3) y ácido sulfúrico (H2SO4)
- Tritóxido de nitrógeno (NO3)
- Nitrato de peroxiacetileno (PAN)
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- Ozono troposférico (O3)
2.4.2. Fuentes de contaminación
Las fuentes de contaminantes atmosféricas se pueden agrupar en
dos tipos según su origen:
2.4.2.1. Fuentes naturales
Según MCGRAW (2009) comprenden las emisiones de
contaminantes generados por la actividad natural de la geósfera, biósfera e
hidrósfera. Entre las cuales se encuentran:
- Erupciones volcánicas: Aportan a la atmósfera compuestos de
azufre y gran cantidad de partículas que se diseminan como
consecuencia de la acción del viento convirtiéndose en una de las
principales causas de contaminación (MCGRAW, 2009).
- Incendios forestales: Los que producen de forma natural y emiten
altas concentraciones de dióxido de carbono (CO2), óxido de
nitrógeno (NOX), humo, polvo y cenizas.
- Ciertas actividades de los seres vivos: Como por ejemplo, procesos
de respiración, los cuales incrementan la cantidad de CO2 en el
ambiente; procesos de reproducción y floración en plantas
anemófilas (las que se polinizan a través del aire) como las
gramíneas, los olivos y las arizónicas, las cuales producen polen y
esporas que, al concentrarse en el aire, se convierte en la causa
principal de alergias respiratorias conocida como polinosis (puede
llegar a afectar a más del 20 por ciento de la población en un
ambiente urbano); la descomposición anaerobia de la materia
orgánica la cual genera gran cantidad de metano (CH4), etc
(MCGRAW, 2009).
- Descargas eléctricas: Generadas durante las tormentas y que dan
lugar a la formación de NOx al oxidar el nitrógeno atmosférico.
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2.4.2.2. Fuentes artificiales o antropogénicas
Es consecuencia de las actividades humana y cuya mayor parte
proviene del uso de combustible fósil (carbón, petróleo y gas). Entre las
principales actividades generadoras de contaminación atmosférica podemos
destacar las siguientes (FREEMAN, 1998).
- En el hogar: El uso de calefacción y otros aparatos domésticos que
emplean como fuente de generación de calor el combustible de
origen fósil. El mayor o menor grado de dicha contaminación se
debe al tipo de combustible, así como al diseño y estado de
conservación de los aparatos empleados.
- En el transporte: Las emisiones provenientes de la combustión en
los vehículos generan una gran cantidad de contaminantes
atmosféricos siendo el automóvil y el avión los que un mayor grado
de contaminación ocasionan. Para el caso específico del automóvil,
la magnitud de contaminación depende de la clase de combustible
utilizado, del tipo de motor, el uso de catalizadores y la densidad
del tráfico (FREEMAN, 1998).
- En la industria: La contaminación del aire en este sector depende
del tipo de actividad que se realice, siendo las centrales térmicas,
cementeras, etc. las que más contaminan.
- En la agricultura y ganadería: El uso intensivo de fertilizantes y la
elevada concentración de ganado vacuno provoca un aumento de
gases de efecto invernadero como el CH4 (MCGRAW, 2009).
También se clasifican las fuentes de contaminación según su
localización pueden clasificarse en:
- Fuente puntual, El foco o zona emisora es estático. Ej. Cualquier
industria contaminante.
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- Fuentes móviles, La fuente no está localizada en un lugar concreto,
sino que su situación va cambiando constantemente. Ej. Los
automóviles.
Y considerando la extensión que abarca a todos los puntos de
emisión, se puede dividir en tres grupos:
- Fuentes puntuales, La emisión es localizada en un lugar muy
preciso, de dimensiones no muy grandes.
- Fuentes lineales, Todos los puntos emisores describen una línea,
que vendría a ser una sucesión de fuentes puntuales. Ej. Una
autopista (MCGRAW, 2009).
- Fuentes superficiales, Cuando las fuentes puntuales están
repartidas en zonas algo extensas, la contaminación de la
atmósfera no puede atribuirse a un solo foco, sino a una distribución
regular de los puntos emisores. Ej. Las grandes ciudades (DIAZ y
MARTINEZ, 2004).
2.4.3. Factores topográficos y meteorológicos.
Todos los contaminantes del aire emitidos por fuentes puntuales y
distribuidas, son transportados o concentrados por condiciones meteorológicas
y topográficas.
Según FREEMAN (1998) el ciclo de estancia aérea se inicia con la
emisión de los contaminantes seguido por un transporte y difusión de la
atmósfera. El ciclo se completa cuando los contaminantes se depositan sobre la
vegetación, el ganado, las superficies del suelo, del agua y otros objetivos,
cuando son arrastrados de la atmósfera por la lluvia o se escapan al espacio. En
algunos casos los contaminantes se pueden volver a introducir en la atmósfera
por la acción del viento.
En aquellas regiones donde las condiciones topográficas y
meteorológicas conducen a la acumulación y concentración de los
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contaminantes, como en el caso de la Ciudad de los Ángeles, los contaminantes
pueden acelerar el deterioro de los edificios y afectar la salud pública, así como
la vegetación aérea
Según DIAZ, (2001) Durante el período en que el viento arrastra los
contaminantes, pueden experimentar cambios físicos y químicos. El neblumo
con la consecuente irritación a los ojos, es el resultado de la interacción en la
atmósfera de los óxidos de nitrógeno, ciertos hidrocarburos y la energía solar.
Los factores atmosféricos que pueden modificar a los diversos
contaminantes son: temperatura, humedad y vientos.
2.4.3.1. Temperatura
Durante la temperatura de frío se utiliza más combustible, para la
calefacción de las casas y por otra parte el calor en forma de radiaciones solar,
al actuar en las capas superiores de una atmósfera recargada de contaminantes,
impide las corrientes verticales y contribuye a formar tanto el neblumo normal
como el neblumo fotoquímico (MCGRAW, 2009).
2.4.3.2. Humedad
En días y regiones con humedad elevada, el dióxido de azufre se
transforma más fácilmente en ácido sulfúrico, el cual es muy corrosivo y
contribuye a la "lluvia ácida".
2.4.3.3. Vientos.
El aire normalmente, circula de las zonas de alta presión a las de
presión más baja; asimismo, las masas de aire caliente, por ser más livianas,
ascienden a las regiones más elevadas de la atmósfera. Como se vio antes, hay
una relación indirecta entre la altura y la temperatura, a medida que se asciende,
la temperatura disminuye, pero ocasionalmente hay excepciones en las cuales
la temperatura es mayor en las partes altas. Esto ocurre en zonas localizadas, y
se conoce como inversión térmica, en este caso no existen las corrientes de aire
verticales (DIAZ, 2001).
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2.5. Ozono troposférico (O3)
El ozono se forma cuando las radiaciones ultravioletas del Sol
descomponen las moléculas de oxígeno (O2) para producir dos átomos de
oxígeno (O), que se combinan con otras moléculas de oxígeno para formar
moléculas de ozono (O3). Estas últimas vuelven a ser descompuestas por las
radiaciones ultravioletas del Sol, manteniendo así un balance entre los átomos
de oxígeno (O), las moléculas de oxígeno (O2) y el ozono (O3) en la atmósfera.
También se forma por causas antropogénicas al estar los CFC expuestos a la
radiación ultravioleta, los que en las regiones superiores de la atmósfera liberan
átomos de cloro destruyendo al ozono y produciendo átomos de oxígeno y
monóxido de cloro, el que a la vez reacciona con un átomo de oxígeno liberando
otro átomo de cloro que puede iniciar de nuevo el ciclo (KENNETH, 1999).
El ozono urbano también se forma por la reacción de compuestos
orgánicos volátiles (COV) que reaccionan con radicales libres en fase vapor. En
este proceso se forma NO2; que alimenta el ciclo anterior y conduce a la
formación de más ozono. Los compuestos orgánicos volátiles y los NOX se
acumulan durante las horas pico de tráfico automotor. Al salir el sol las
reacciones conducen a la formación de ozono; proceso que continua a lo largo
del día. Al ocultarse el sol la producción de ozono se detiene y su concentración
en el aire ambiente tiende a disminuir. La concentración de ozono a nivel del mar
oscila entre 40 y 70 microgramo/m3, aunque es variable, pues una tormenta
provoca formación de ozono, la luminosidad puede agregarlo a otros
contaminantes. Si la concentración es elevada y la radiación solar intensa, el
nivel de ozono aumenta y puede llegar hasta 1400 mg/m3 (CASELI, 2000).
2.5.1. Propiedades fisicoquímicas
Se trata de un gas incoloro que se crea a través de reacciones foto
químicas entre óxidos de nitrógeno (NOX) y compuestos orgánicos volátiles
(COV) derivados de fuentes como la quema de combustible. Es el compuesto
más destacado de los oxidantes fotoquímicos y forma parte del llamado smog
fotoquímico (CASELI, 2000).
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2.5.2. Origen del ozono troposférico
Según CASELI (2000) el ozono que está presente en las
proximidades del suelo tiene su origen principalmente en las reacciones
químicas que se producen en la propia troposfera a partir de otros
contaminantes (compuestos precursores), que reaccionan bajo la acción de
la luz solar (reacciones fotoquímicas). Es por ello que se suele referir al ozono
como un contaminante secundario (no se emite directamente como resultado
de una actividad concreta) de origen fotoquímico.
Estos procesos fotoquímicos se producen de manera natural (a partir
de emisiones de las plantas y otros seres vivos), por lo que siempre existe una
cierta concentración de ozono en los niveles superficiales. Es solo al alcanzar
concentraciones elevadas, como resultado de la actividad humana, cuando se
considera un serio contaminante atmosférico.
Otros mecanismos pueden dar lugar también al incremento de la
concentración de ozono superficial: por exposición a fuertes campos
electromagnéticos (como por ejemplo en tormentas con aparato eléctrico), o por
aporte desde los niveles altos estratosféricos (intrusiones estratosféricas,
susceptibles de producirse en procesos convectivos muy intensos, durante el
paso de frentes, etc.). Sin embargo se trata de procesos puntuales, y ninguno de
los mecanismos anteriores explica el incremento de las concentraciones de
ozono superficiales que ha evolucionado parejo al desarrollo industrial, y que
tiene un origen fundamentalmente fotoquímico, a partir de la transformación de
los precursores (CASELI, 2000).
Estos compuestos precursores son principalmente óxidos de
nitrógeno (NOX) y compuestos orgánicos volátiles (COV), que son emitidos por
el hombre en los procesos industriales y en la quema de combustibles fósiles
(grandes centros de combustión y tráfico principalmente). En la naturaleza, el
suelo y las plantas también emiten NOX y COV (MCGRAW, 2009).
Según MCGRAW (2009) en las proximidades de las fuentes
(ciudades, carreteras, industrias, etc.), las emisiones frescas pueden reaccionar
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con el ozono y reducir localmente su concentración. Pero a cierta distancia se
reactiva la formación fotoquímica de ozono. Es por ello que las concentraciones
de ozono normalmente son bajas en los centros urbanos e industriales,
incrementándose en las afueras y en zonas rurales a sotavento de tales núcleos.
El ozono y sus precursores pueden ser transportados a largas distancias, dando
lugar potencialmente a problemas de contaminación en áreas alejadas de las
fuentes de origen.
2.5.3. Ciclo fotoquímico del O3
Sustancias emitidas por la industria pesada y por las fuentes móviles
(vehículos a motor), como el óxido nítrico, NO, y los compuestos orgánicos
volátiles, COVs/VOCs, bajo la acción de la luz solar, constituyen gran parte de la
contaminación fotoquímica en la troposfera. Este fenómeno se acrecienta en
épocas de gran insolación con bajo régimen de vientos. El NO tiene su origen en
las combustiones a elevadas temperaturas (como consecuencia de la reacción
entre el nitrógeno y el oxígeno presentes en el comburente) y es emitido a la
atmósfera, donde se oxida para formar NO2, el cual se considera como el
principal precursor del ozono, según se observa en las siguientes ecuaciones:
2NO + O2 → 2NO2 (1)
NO2 + hν → NO + O* (2) O*
+ O2 + M → O3 + M (3)
Como se puede apreciar, la presencia de O monoatómico puede dar
lugar a la formación de ozono según la ecuación (3) y por tanto se puede concluir
que en la troposfera la presencia de NO, y su lenta conversión en NO2, actúa
como precursor del O3, aquí ya como contaminante. El cual a su vez puede
reaccionar con el NO,
O3 + NO → NO2 + O2 (4)
Según CHICON (2001) se observa cómo la presencia de óxidos de
nitrógeno, NOX, por sí sola, no garantiza la formación de ozono, ya que, a la vez
que se está formando a expensas del O liberado en la reacción (2) (paso previo
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a la síntesis referida en la reacción (3)), también se está destruyendo como se
indica en la reacción (4).
Ahora bien, la presencia de hidrocarburos en las capas bajas de la
atmósfera propicia la formación de radicales peróxido, ROO, capaces de oxidar
al NO hasta NO2 (lo que inhibiría la destrucción de ozono detallada en la reacción
(1)), dando por resultado un incremento en la producción de O3. Igualmente, la
presencia de aldehídos, cetonas, peróxidos y nitratos de acilo promueven, en
presencia de la luz solar, la formación de radicales altamente reactivos capaces
de combinarse con el O2 para formar radicales de gran actividad química que
convierten al NO en NO2, favoreciendo por tanto la formación de ozono (recordar
que el NO2 es precursor del O3 como se detalla en la ecuación (2)) e inhibiendo
la descomposición del mismo según la ecuación (4) (CHICON, 2001)
2.5.4. Directrices de la OMS
Valores fijados en las Directrices de la OMS, O3 100 µg/m3 de media
en 8h. El límite (fijado previamente en 120 mg/m3 de media en 8h) ha descendido
a 100 mg/m de media en 8h en base a la relación concluyente establecida
recientemente entre el nivel de ozono y la mortalidad diaria en concentraciones
inferiores a 120 mg/m3 (OMS, 2004)
2.5.5. Estándares de calidad ambiental para el O3 (ECA)
Los valores fijados por las ECAs, O3 120 µg/m3 de media en 8h no
debe de exceder más de 24 veces al año, (MINAM, 2009)
2.5.6. Efectos negativos del O3 en el ambiente y la salud
En la salud, los efectos de exposición intermitente a concentraciones
elevadas parecen ser más pronunciados que la exposición continuada. El daño
suele centrarse en las diferentes partes del tracto respiratorio, cuya magnitud
dependen de las propias características del individuo, de la concentración
ambiente, tiempo de exposición, la variación de los niveles y el grado de
ventilación (CASELI, 2000).
17
Sobre la vegetación, elevados niveles de concentración de ozono
son responsables de daños visibles en las hojas, reducciones en el crecimiento
de las plantas y disminución de cosechas, así como de un aumento de la
sensibilidad al estrés, tanto con origen biológico (plagas, virosis, etc.) como de
otro tipo (sequía, carencias nutricionales, etc.).
Según CASELI (2000) el ozono penetra en la planta a través de las
estomas, por donde se realiza el intercambio de gases con el exterior,
reaccionando rápidamente con los elementos celulares con los que entra en
contacto, desbordando en ocasiones las defensas naturales del organismo. Se
pueden producir daños estructurales, observables en forma de decoloraciones
en las hojas. Si el efecto persiste, se pueden ocasionar daños fisiológicos, que
derivan en una reducción neta de la fotosíntesis y en la capacidad para fijar el
CO2 atmosférico, con la consiguiente reducción de las tasas de crecimiento de
hojas, tronco, raíces y frutos. Finalmente, algunos estudios indican que el ozono
puede afectar a los procesos reproductivos en las plantas, desde la capacidad
de germinación del polen hasta el número de frutos y la viabilidad y número de
semillas. En el caso de los materiales, el ozono favorece y potencia en general
los procesos de corrosión de los mismos (está asociado especialmente con la
degradación de las gomas, pinturas y textiles sintéticos). La presencia de otros
compuestos simultáneamente al ozono tiene un efecto potenciador de la acción
sobre los materiales, intensificando la eficacia de cada uno por separado, o bien
dando lugar a otros compuestos secundarios, no existentes previamente, que a
su vez resultan agresivos sobre aquellos. (CASELI, 2000)
2.6. Parque automotor
Según FRIMAN (1998) durante el siglo XIX y a principios del XX, el
carbón era la fuente principal de calor, energía y contaminación en el mundo. Sin
embargo, empezó a tener competencia cuando en 1859 se inició, en Pensilvania,
la perforación de pozo petrolero, de rápidos beneficios comerciales. La refinación
de petróleo y la industria automovilística experimentaron un extraordinario
crecimiento en el siglo XX, junto con sus diversas industrias derivadas, como el
acero y la fabricación de caucho.
18
El motor de combustión interna precipitó un nuevo cambio, Antes fue
sólo la combustión del carbón y de la leña, pero el motor de combustión interna
comenzó a quemar petróleo.
Teóricamente, el quemar gasolina, con una combustión perfecta,
produciría sólo calor (Q), agua (H2O) y anhídrido carbónico (CO2). Sin embargo,
los motores que existen, los de Diesel u otros, distan mucho de ser perfectos, y
sus gases de escape contienen una variedad de subproductos. Los óxidos de
nitrógeno (NOx), el venenoso monóxido de carbono (CO), y los hidrocarburos
que no se quemaron son parte de los gases de escape nocivos (HC). (FRIMAN
1998)
2.6.1. Emisiones contaminantes del parque automotor
Los motores de combustión interna (MCI) generan emisiones
tóxicas, contenidas en los vapores del combustible, en los gases del cárter y en
el tubo de escape. Cerca del 1% de los gases de escape contienen
aproximadamente 300 sustancias, de las cuales la mayoría son tóxicas (DIGESA
2009). Las principales emisiones contaminantes del parque automotor son:
2.6.2. Los vapores del combustible
Son conducidos a la atmósfera desde el tanque de combustible,
inyectores, elementos de alimentación de combustible y otros componentes
estructurales. Estos vapores se componen de hidrocarburos de combustible de
composición mixta (CxHy), en general la emisión del CxHy con la evaporación
constituye entre el 15% al 20% de los vapores del combustible, pues en ellos se
emplea la gasolina que es altamente volátil. En comparación con la gasolina, el
combustible diésel es más viscoso y menos volátil; por consiguiente, las
instalaciones de diésel producen menos vapores debido a la poca volatilidad del
combustible y a la hermeticidad del sistema de combustible; se puede considerar
también como fuente contaminante la evaporación de los aceites lubricante, de
las sustancias líquidas de enfriamientos y otras sustancias líquidas tóxicas
(DIGESA 2009).
19
2.6.3. Flujo vehicular
Según MOZO, (2012).la tasa de flujo o flujo vehicular, es la
frecuencia en la cual circulan los vehículos por un punto o sección transversal de
un carril o calzada. La tasa de flujo es el número de vehículos, que transitan
durante un intervalo de tiempo específico, inferior a una hora, expresada en
vehículos por minuto (veh/min) o vehículos por segundo (veh/s) (MOZO, 2012).
El flujo vehicular consiste en describir la forma en como circulan los
vehículos motorizados en este caso, dentro y fuera del área de influencia
atmosférica la cual va a permitir determinar diferentes variables y la influencia
que tiene el flujo vehicular en la contaminación de aire (MOZO, 2012).
Según GASTEIZ, (2007) el flujo vehicular es la principal fuente de
emisiones en los sistemas urbanos. Las emisiones provenientes del flujo
vehicular dependen de multitud de actores complicando así su estimación. Se
puede considerar que no hay dos vehículos que emitan la misma cantidad de
gases contaminantes. Los factores de los que dependen estas emisiones son:
Factores propios del vehículo como la tipología de vehículo, la
antigüedad de éste, el peso, el combustible que usa o la velocidad a la que
circula.
Factores externos como la del tramo, el tipo de pavimento de la vía
por donde circula o la temperatura ambiente.
Factores personales tales como la forma de conducir o la longitud de
los recorridos.
Todos estos factores hacen casi imposible un cálculo determinado
de las emisiones producidas por el tráfico de vehículos (GASTEIZ, 2007).
III. MATERIALES Y METODOS
3.1. Descripción de la zona de estudio
3.1.1. Lugar de ejecución
El presente trabajo se ejecutó en el campus de la Universidad
Nacional Agraria de la Selva, ubicado en la Av. Universitaria km 1.5 - s/n, Tingo
María, geográficamente se localiza a 9º 17'08'' de latitud sur y 75º 59' 52'' Oeste,
a 660 metros sobre el nivel del mar.
3.1.2. Ubicación política
Departamento : Huánuco
Provincia : Leoncio Prado
Distrito : Rupa Rupa
Sector : Universidad Nacional Agraria de la Selva
3.2. Equipos y materiales
3.2.1. Equipos
- Sistema del tren de muestreo
- Balanza analítica.
- Estufa.
- Incubadora a 35° ± 2,0ºCa.
- Espectrofotómetro ultravioleta
21
3.2.2. Materiales
- Buretas
- Pipetas graduadas y volumétricas
- Matraces aforados (10, 50, 100, 250 y 1000 ml)
- Matraz Erlenmeyer
- Vasos de precipitados
- Tubos de ensayo
- Papel tisu
- Burbujeador
- Caja de tecnopor
3.2.3. Reactivos
- KH2 PO4
- Na2 HPO4
- Yoduro de potasio (KI)
- Yodo resublimado
- Tiosulfato de sodio (Na2 S2 O3)
3.3. Metodología
3.3.1. Determinación de los puntos de evaluación
Se seleccionó los lugares más apropiados de acuerdo a los objetivos
propuestos del monitoreo, tomando en consideración factores generales como
la información relativa a la ubicación de fuentes de emisiones, a la variabilidad
geográfica o distribución espacial de las concentraciones del contaminante,
condiciones meteorológicas. Se hizo una descripción de las áreas potenciales
22
para la localización de las estaciones de monitoreo (áreas residenciales o
poblaciones susceptibles, áreas industriales o comerciales, , flujo vehicular,
lugares de interferencia, fuentes específicas, productos químicos agrícolas,
carreteras, requerimientos de orientación, disponibilidad de energía eléctrica,
disponibilidad de líneas telefónicas para transmisión de datos y comunicación,
accesibilidad y seguridad) (DIGESA, 2005)..
3.3.1.1. Determinación del flujo vehicular
Para la determinación del flujo vehicular se realizó para cada punto
de monitoreo establecido.
En cada punto de muestreo se realizó el conteo vehicular en los
siguientes horarios: 7:30 – 8:30 a.m., 12:30 – 13:30 p.m., 18:00 – 19:00 p.m. Con
un intervalo de tiempo de 5 minutos y la elaboración de una matriz de acuerdo a
los intervalos de tiempo.
Los conteos vehiculares se consideraron los vehículos que
funcionen con el uso de combustibles fósiles (motos lineales, trimoviles,
vehículos pesados, vehículos livianos).
Calculo:
La tasa de flujo vehicular se calculó mediante la siguiente expresión
(NAVARRO. 2008).
q = N/T (5)
Donde:
q: Tasa del flujo o volumen
N: Números de vehículos
T: Intervalo de tiempo
3.3.1.2. Rosa de viento
23
Se realizó la rosa de los vientos con los datos diarios tanto de
velocidad del viento como de la dirección, para cada uno de los puntos de
muestreo utilizando el programa libre WRPLOT. Se utilizaron 8 direcciones y la
distribución de frecuencias de velocidades por dirección se encuentra en escala
de 100%.
3.3.2. Determinar las fuentes probables de la generación de ozono
troposférico
Se realizó mediante la observación los alrededores de los puntos de
muestreo para determinar si se encuentras algunas probables fuentes que
generen contaminación por ozono o algún contaminante precursor que la genere,
se hizo una descripción de estas actividades que puedan generar ozono.
3.3.3. Determinación del ozono troposférico (O3) en el aire
3.3.3.1. Preparación de soluciones
a. Solución absorbente
Se disolvió 13.6g de KH2 PO4, 14.2g de Na2 HPO4 (equivalente a
35.8g de Na2 HPO2.12H2O) y 10.0g de KI en secuencia y diluir a 1L.
Almacenamos a temperatura ambiente por al menos un día antes de su uso.
Medimos el pH y ajustamos a 6.8±0.2 con NaOH o KH2 PO4. Esta solución puede
estar almacenada por varios meses en un envase ámbar de vidrio (LODGE
1988);
b. Solución Stock de I2 0.025M
Consistió en disolver 16g de KI y 3.175g de yodo sucesivamente y
diluir la mezcla a 500ml con agua desionizada, almacenar al menos por un día
antes de su uso. Valorar antes de su uso con una solución de tiosulfato de sodio
de 0.025N (ETL. 2012).
24
c. Solución patrón de tiosulfato de sodio a 0,0250 N
Consistió en disolver 6,205 g de Na2 S2 O3 .5H2O en agua, agregar
1,5ml de NaOH a 6N o 0,4g de NaOH sólido y diluir a 1L. Titular con solución de
biyodato de potasio (ETL. 2012).
d. Solución patrón de biyodato de potasio al 0,0250N
Consistió en disolver 0,8124g de KH(IO3)2, secamos a 103ºC por
1hora, en agua y diluir a 1L (ETL. 2012).
e. Solución de yodo de 0.001M
Diluimos 4ml de la solución Stock de I2 0.025M en una fiola de 100mL
con solución absorbente. Proteger de la luz. Se descartó después de su uso
(ETL. 2012).
f. Solución de calibración de yodo
Diluimos exactamente 5.11ml de solución de yodo de 0.001M en una
fiola de 100ml con solución absorbente. Esta solución tiene una concentración
equivalente a 1µL de O3/ml y para la solución de almidón disolver 2g de almidón
en 500 ml de agua en ebullición y filtrar antes de enfriar (ETL. 2012).
3.3.3.2. Curva de calibración
Para la preparación para la curva de calibración del ozono (O3) se
realizó en fiolas de 50ml. Se preparó estándares de 0 a 50 µl de O3. Estos
estándares se preparan individualmente añadiendo 0, 0.2, 0.25, 0.75, 1.25, 2.50,
5.0, 10.0, 20.0, 30.0, 40.0, 50.0ml de solución de calibración de yodo en cada
matraz aforado a 50ml. Cada matraz se aforó a 50ml con solución absorbente.
Se lee la absorbancia de cada matraz a una longitud de onda de 352nm para
graficar la curva de calibración (ETL. 2012).
3.3.3.3. Procedimiento del muestreo
Se ensambló el sistema de muestreo, el cual consiste en los
impringers y la bomba, pipetear exactamente 10 ml de solución absorbente
25
dentro de cada impirnger, se muestrea con flujo de 0.5 L/min durante 8 Horas, el
flujo y tiempo de muestreo pueden ajustarse para obtener una concentración
suficiente de oxidante en la solución absorbente (entre 0.2 – 1.8 μl/10 ml de
solución), calculamos el volumen total de aire muestreado, para la medición del
color en caso de evaporación agregar agua destilada para llevar el volumen a 10
ml. Entre 30 y 60 minutos después de la recolección de las muestras, se leen las
absorbancias en el espectrofotómetro, a una longitud de onda de 352 nm,
empleando agua destilada como referencia (ETL. 2012).
3.3.3.4. Cálculos
Se calculó la concentración de la muestra por medio de la ecuación
de la recta obtenida de la curva de calibración (NTP. 2006).
𝐴352𝑛𝑚=𝑚𝐶μ𝑔/𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎+𝑏
A352nm : Absorbancia corregida
Cug/muestra : Concentración en µg/muestra
M : Pendiente de la recta y
b : Ordenada al origen
𝐴352𝑛𝑚= 𝐴𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎− 𝐴𝑏𝑙𝑎𝑛𝑐𝑜
Las condiciones estándares son asumidas como 101.3kPa (1atm) y
25ºC (298K), donde volumen molar de un gas es de 24.47 litros. Las
correcciones en el volumen molar son pequeñas y pueden omitirse; sin embargo,
para mediciones de mayor precisión, el volumen molar puede calcularse bajo las
condiciones reales por medio de la ley de los Gases ideales. Se anotó el volumen
de muestra colectado (en litros). La cantidad total de µl de O3/muestra se lee
directamente de la curva de calibración. La concentración de ozono en gases
(µl/l o ppm) se expresa por:
𝑂𝑧𝑜𝑛𝑜𝑝𝑝𝑚 =
µ𝑙 𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝑜𝑧𝑜𝑛𝑜 𝑒𝑛 10𝑚𝑙
𝑉𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎 (𝐿𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠)
Para la curva se consideró,
26
Flujo de muestreo = 0.5 L/min
Tiempo de muestreo = 8 horas
𝐿
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎(𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠) = (0.5 𝑚𝑖𝑛
) 𝑥480𝑚𝑖𝑛
𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑚𝑢𝑒𝑠𝑡𝑟𝑎(𝑙𝑖𝑡𝑟𝑜𝑠) = 240 L
La concentración de ozono en μg/m3 (a presión y temperatura
estándar) se obtuvo a partir de su valor en ppm, con la siguiente formula (LODGE
1988):
𝑜𝑧𝑜𝑛𝑜µ𝑔/𝑚3 = 103 𝑥
𝑜𝑧𝑜𝑛𝑜𝑝𝑝𝑚 𝑥 48
24.47
3.3.3.5. Comparación de la concentración de ozono troposférico
obtenidos con respecto a las ECAs
Se comparó las concentraciones de ozono troposférico obtenidas de
todos los puntos de muestreo con respecto a las ECAs, que indican que no debe
de exceder los 120 µg/m3 más de 24 veces al año (MINAM, 2009).
IV. RESULTADOS
4.1. Determinación y caracterización de los puntos de muestreo.
Para poder identificar los puntos de muestreo (Cuadro 2) se
consideró que se encuentren dentro de las zonas potenciales dedicadas a
diferentes actividades humanas y sobre todo a las calles de gran importancia en
la comunidad y con alto flujo vehicular; también la dirección y velocidad del viento
representado en la rosa de vientos.
Cuadro 2. Calles, coordenadas y descripción de los puntos a monitorear en la
zona urbana de Castillo Grande.
COORDENADAS CÓDIGO NOMBRE
X Y
Av. Jose
Carlos
DESCRIPCION
Calle asfaltada de doble vía,
este punto se encuentra en la
entrada principal Castillo
Grande, considerada la calle
P01 Mariátegui
cdra. 1
389413 8971768 más importante de la zona,
siendo esta la única entrada
hacia Castillo, hay mucha
actividad comercial y gran flujo
vehicular.
P02
Av. Jose
Carlos
Mariátegui
cdra. 10
389319
8972740
Calle asfaltada de doble vía,
este punto se encuentra en la
calle principal de Castillo
Grande, Existe gran actividad
comercial y mucho flujo
vehicular.
P03
Av. San
Martin cdra.
07
389167
8973964
Este punto se encuentra frente
al colegio Castillo Grande, calle
asfaltada de doble vía, alta
actividad comercial, maderable
flujo vehicular solo aumenta en
hora punta.
P04
Jr. Miguel
Grau cdra.01
388962
8973114
Es de doble vía sin asfaltar,
punto ubicado en la entrada
para la comunidad de
Picuruyacu, zona de baja
actividad comercial y flujo
vehicular que solo aumenta en
hora punta.
P05
Av. Iquitos.
01
389768
8972775
Calle asfaltada de doble vía,
punto ubicado en la entrada
principal para el pueblo joven de
Laureles, a lado del aeropuerto
Tingo María y a orillas de rio
Huallaga
.
29
4.1.1. Flujo vehicular dentro del área de influencia atmosférica
Con los datos del cuadro se genera el siguiente cuadro donde se
tiene los flujos vehiculares por día, por horario y un promedio general por punto
de evaluación.
En el cuadro 3, se determina el flujo vehicular promedio por cada día
de la semana y el promedio general del punto 1.
Cuadro 3. Determinación de flujo vehicular para el punto 1 de evaluación.
DIA
turno flujo vehicular
promedio
general por mañana tarde noche promedio
punto
Lunes 44 32 38 38
Martes 40 35 28 34
Miércoles 38 30 23 30
Jueves 42 40 20 34 31
Viernes 31 27 30 29
Sábado 30 31 27 29
Domingo 28 26 28 27
30
En el cuadro 4, se determina el flujo vehicular promedio por cada
día de la semana y el promedio general del punto 2.
Cuadro 4. Determinación de flujo vehicular para el punto 2 de evaluación
Turno flujo vehicular
promedio
Promedio general
por punto DIA
mañana tarde noche
Lunes 18 19 15 17
Martes 16 17 13 15
Miércoles 12 16 13 13
Jueves 14 18 12 15 14
Viernes 13 15 14 14
Sábado 11 14 10 12
Domingo 9 9 7 8
En el cuadro 5, se determina el flujo vehicular promedio por cada
día de la semana y el promedio general del punto 3.
Cuadro 5. Determinación de flujo vehicular para el punto 3 de evaluación.
DIA turno flujo vehicular
promedio
Promedio
general por punto mañana tarde noche
Lunes 10 12 9 10
martes 9 8 7 8
miércoles 11 10 8 9
jueves 12 8 7 9 9
viernes 11 9 7 9
sábado 10 6 6 7
domingo 9 9 6 8
31
En el cuadro 6, se determina el flujo vehicular promedio por cada
día de la semana y el promedio general del punto 4.
Cuadro 6. Determinación de flujo vehicular para el punto 4 de evaluación
DIA turno flujo vehicular
promedio
Promedio general
por punto mañana tarde noche
Lunes 8 9 9 9
martes 9 8 10 9
miércoles 14 12 11 12
jueves 12 10 11 11 10
viernes 9 10 10 10
sábado 8 7 7 8
domingo 5 5 8 6
En el cuadro 7, se determina el flujo vehicular promedio por cada
día de la semana y el promedio general del punto 5.
DIA turno flujo vehicular
promedio
Promedio general
por punto mañana tarde noche
Lunes 8 7 7 7
martes 6 5 5 5
miércoles 7 6 5 6
jueves 6 7 6 6 5
viernes 7 8 4 7
sábado 5 4 5 4
domingo 4 5 4 4
Cuadro 7. Determinación de flujo vehicular para el punto 5 de evaluación
Luego para cada punto de muestreo establecido se realizó la rosa
de vientos con datos de dirección y velocidad obtenidas de la estación
meteorológica José Alberto Quiñones de los meses de febrero, marzo y abril y
se estableció la influencia de vientos para estos puntos, el primer punto (figura
2)
32
La rosa de viento para el punto 01 se muestra que predominan
vientos de suroeste con una velocidad mayor o igual a 11 m/s y también vientos
que vienen desde la dirección sur y pocos vientos de dirección oeste.
Figura 2. Rosa de viento para el punto 01.
La rosa de viento para el punto 02 se muestra que predominan
vientos de suroeste con una velocidad mayor o igual a 11 m/s y también vientos
que vienen desde la dirección sur con un máximo de 11 m/s y no menores de
5/5 m/s y pocos vientos que previenen de dirección oeste.
33
Figura 3. Rosa de viento para el punto 02
La rosa de viento para el punto 03 se muestra que predominan
vientos de suroeste con una velocidad mayor o igual a 11 m/s y también vientos
que vienen desde la dirección sur y de dirección oeste.
Figura 4. Rosa de viento para el punto 03
34
La rosa de viento para el punto 04 se muestra que predominan
vientos de suroeste con una velocidad mayor o igual a 11 m/s, también se
aprecian vientos que vienen de dirección sur y dirección oeste.
Figura 5. Rosa de viento para el punto 04
La rosa de viento para el punto 04 se muestra que predominan
vientos de suroeste con una velocidad mayor o igual a 11 m/s y también algunos
vientos que provienen desde la dirección sur
Figura 6. Rosa de viento para el punto 05
35
4.2. Determinación y caracterización de las fuentes protenciales de
generación de ozono troposférico.
Se consideró a las actividades realizadas por humanos, cables de
alta tensión y vehículos en movimiento, entre otras; que se muestran en el
siguiente cuadro, que puedan generar ozono troposférico o contaminantes
precursores de este.
Cuadro 8. Probables fuentes de generación de ozono
Puntos de muestreo Probables fuentes de
contaminación
P01 – Av. Jose Carlos Mariategui Cdra 1 En este punto se pudo determinar
gran actividad de reparación de
vehículos motorizado a menos de
20 metros, así mismo se encuentra
muchos cables de alta tensión que
pasan por este punto para distribuir
energía a todo la zona urbana y
rural de castillo grande, y también
una gran actividad de flujo vehicular
ya que este punto está en la entrada
hacia Castillo Grande
P02 – Av José Carlos Mariátegui cdra 07
En este punto de muestreo, se
determinó actividad comercial, así
mismo talleres de mecánica de
vehículos motorizados, a pocos
metros una panadería de horno
industrial que trabaja
aproximadamente 12 horas,
lavados de vehículos, gran cantidad
de cables de alta tensión,
alumbrado público y un gran flujo de
vehículos.
36
P03 - Av. San Martin cdra. 07 Este punto se encuentra en el
centro de la zona urbana de Castillo
Grande, se pudo determinar que
hay pequeña cantidad de comercio,
se encuentra uno de los colegios
principales de Castillo Grande y
existe moderado flujo vehicular
sobre todo en hora punta, así mismo
se encuentra la plaza de armas con
gran cantidad de cables de alta
tensión y mucho alumbrado público.
P04 - Jr. Miguel Grau cdra.01
P05 - Av. Iquitos. 01
Este punto observamos alrededor
hay poca actividad comercial, es
una zona mayormente residencial,
poco flujo vehicular a excepción de
las horas punta que tiene un
pequeño aumento del flujo, la vía
esta sin asfaltar y entrada a la
comunidad de Picuruyacu.
En este punto de muestreo
determinamos que alrededor es una
zona mayormente residencial, es
entrada al pueblo joven de Los
Laureles con poco flujo vehicular en
todo dia, junto a este punto está el
aeropuerto Tingo María que está en
funcionamiento y comprende de
varias aerolíneas que ofrecen
vuelos diarios.
37
4.3. Cconcentración de ozono troposférico por el método de tren de
muestreo.
4.3.1. Concentración de O3 por punto de muestreo
En el cuadro 10 del anexo 1 se muestran las concentraciones de
NO2 en los tres días de monitoreo de cada de uno puntos en los cuales se realizó
el muestreo.
En la figura 7 se muestra las variaciones de las concentraciones de
ozono troposférico que existen entre cada uno de los puntos monitoreados en
los tres días de evaluación. Se observa que los puntos P02 y P05 son los que
tienen las concentraciones más altas con respecto a los demás puntos de
muestreo, la menor concentración de ozono troposférico se encontró en el P03
y P04.
Figura 7. Concentración del O3 troposférico en ug/m3, con respecto a los
repeticiones por punto.
En la figura 8 se tiene que la mayor concentración promedio de
ozono troposférico se encuentra en el punto 05, ubicado en la Av. Iquitos. 01, y
la menor concentración de ozono troposférico en el punto 04.
P01 P02 P03 P04 P05
R1
R2
R3
18
16
14
12
10
38
16.00
14.00
12.00
10.00
8.00
6.00
4.00
2.00
0.00
14.15
P01 P02 P03 P04 P05
Promedio por punto
11.44 11.19
9.49 9.32
Figura 8. Concentración promedio de O3 troposférico en ug/m3, respecto a los
puntos de muestreo.
4.3.2. Comparación de la concentración de ozono con respecto a las
ECAs
Según los estándares de calidad ambiental para el ozono son de 120
ug/m3, y ninguno de nuestras concentraciones superan a ese estándar
establecido por el Ministerio del Ambiente.
Figura 9. Concentración de O3 con respecto a las ECAs
Concentración O3
ECA
140
120
100
80
60
40
20
Comparación de la concentración del O3 con respecto a las ECAs
V. DISCUSIÓN
Según DIGESA 2015 para la determinación de los puntos se debe
de tomar en consideración factores tales como las áreas residenciales o de
comercio, poblaciones susceptibles, áreas industriales, flujo vehicular, e
importancia que puedan tener esta zona para la comunidad, área de influencia.
De esta forma se estableció 5 puntos de muestreo de ozono, los puntos que
consideramos se encuentran próximos a actividades humanas como, talleres
mecánicos, comercios; en el punto 03 de muestreo se consideró la presencia de
un establecimiento de salud y una institución educativa como poblaciones
susceptibles, en el punto 04 y 05 se tiene en cuenta que la mayoría de las
edificaciones son de uso residencial; siendo así el flujo vehicular uno de los
principales factores para la determinación de todos los puntos de muestreo, se
calculó el flujo vehicular, para el punto 01 Av. José Carlos Mariategui cuadra 01
se obtuvo 31 vehículos por minuto siendo este el punto de muestreo con más
flujo vehicular debido a que es la única entrada al distrito de Castillo Grande.
Según ALANIA 2018 en la ciudad de Tingo María el mayor flujo vehicular se
obtuvo 39 vehículos/min; siendo este dato el similar al obtenido en Castillo
Grande, sin embargo el menor flujo vehicular determinado para la ciudad de
Tingo María. Según ALANIA, 2018, es de 12 vehículos por minuto; siendo este
dato mucho mayor de lo obtenido en el distrito de Castillo Grande en el Av. Iquitos
cdra. 01 con un flujo de 5 veh/min, esto debido a que este punto es una zona
mayormente residencial sin mucho tránsito vehicular en este vía. También las
representaciones en la rosa de vientos para los 5 puntos proporcionan una visión
de cómo se comportarán los contaminantes. Según CASELI 2000 el ozono y sus
precursores pueden ser transportados por el viento a largas distancias, dando
lugar potencialmente a problemas de contaminación en áreas alejadas de las
fuentes de origen.
40
Según CASELI 2000, el ozono que está presente en las
proximidades del suelo tiene su origen principalmente en las reacciones
químicas que se producen en la propia troposfera a partir de otros contaminantes
principalmente de los NOx, Las principales fuentes de la generación de óxidos de
nitrógeno en la atmosfera precursora de la generación de O3 es toda actividad
que requiera el uso de combustibles fósiles, los procesos de soldadura, entre
otros. En los puntos 1 y 2 de muestreo se puede comprobar la mayor parte de
las fuentes que generan emisiones de este gas es los talleres mecánicos que
realizan procesos de soldadura y la gran cantidad vehículos motorizados todos
estos hacen uso de combustibles fósiles para su actividad diaria, sin embargo,
para los puntos 3 y 5 se tiene que estas zonas son primordialmente residenciales
donde no encuentramos establecimientos que puedan generan algún tipo de
emisión de NOx.
Según ALANIA 2018, La máximo concentración de ozono
troposférico en Tingo María es de 14.11 µg/m3; siendo este un dato muy similar
a lo obtenido en el estudio para Castillo Grande que es de 14.15 ugO3/m3 y la
menor concentración para Castillo Grande es de 9.32 ugO3/m3 caso similar a la
concentración en Tingo María que es de 10.81 ugO3/m3. Además según MINAM
2009, los estándares de calidad ambiental la concentración de O3 troposférico no
debe exceder de 120 ug/m3. Por lo tanto resulto que las concentraciones de O3
troposférico en el distrito de Castillo Grande que se encuentra muy por debajo
de ECAs, y en ninguno de los puntos de muestreo establecidos sobrepasa este
estándar siendo la concentración más alta la de 14.15 ugO3/m3 por lo cual no
presentan riesgo a la salud ni al medio ambiente en estas zonas de muestreo.
VI. CONCLUSION
1. Se determinó 5 puntos de muestreo dentro del casco urbano de Castillo
Grande, siendo estos, av. José Carlos Mariátegui cuadra 01, av José
Carlos Mariátegui cuadra 07, av. San Martin cuadra 07, Jr. Miguel Grau
cuadra 1 y la av. Iquitos cuadra 1. Se determinó el flujo vehicular de los 5
puntos, en el cual se obtuvo la mayor cantidad de flujo vehicular en el
punto 01 siendo esta de 31 vehículos por minuto y el obtuvo el menor flujo
vehicular el punto 05 con 5 vehículos por minuto.
2. Se determinó que las fuentes más probables que dan origen a la formación
de ozono troposférico, son los vehículos motorizados en los cinco puntos
de muestreo, seguidos de los talleres de mecánica y las actividades
comerciales de la población.
3. Se determinó la concentración máxima de 14.15 ugO3/m3 en la av. José
Carlos Mariátegui cuadra 1 y la menor concentración que se registro es
de 9.32 ugO3/m3 en la Jr. Miguel Grau cuadra 1.
VII. RECOMENDACIONES
1. Se recomienda mantener la solución absorbente a temperatura ambiente
y sin exposición a la luz solar, para evitar que se altere.
2. Después de hacer el muestreo de campo se tiene que leer las muestras
antes de media hora para evitar que las muestras se alteren o se
contaminen.
3. Se recomienda a la población mantener sus vehículos motorizados en
buenas condiciones y constante mantenimiento para así reducir las
emisiones de gases precursores del ozono troposférico.
4. Se recomienda ampliar la presente investigación de este trabajo y/o
utilizarlas como antecedentes para futuras investigaciones que puedan
realizarse en la zona de trabajo.
VIII. REFERENCIA BIBLIOGRAFICAS
ALANIA J. 2018, Dióxido de nitrógeno (NO2) y ozono troposférico (O3) en el aire
de cinco instituciones educativas estatales de la ciudad de Tingo María.
Tesis Ing. Ambiental. Tingo María. Universidad Nacional Agraria de la selva.
58 p.
CASELLI, MAURIZIO. 2000 La contaminación atmosférica. Causas y fuentes.
Efectos sobre el clima, la vegetación y los animales, Editorial Siglo
Veintiuno, México DF, 6ª edición.
CHICON, L. 2001. Química del ozono. 10 p.
DIAZ R. 2000. Control, vigilancia y prevención de la contaminación atmosférica.
Cuba. 14 p.
DIGESA (Dirección General De Salud Ambiental), 2005. Protocolo de monitoreo
de la calidad del aire y gestión de los datos. [En línea]: DIGESA,
(http://www.digesa.minsa.gob.pe/norma_consulta/protocolo_calidad_de_
aire.pdf, documentos, 29 sep.2018).
ETL (Laboratorio de Pruebas Ambientales). 2013. Determinación de ozono en el
aire referenciado en el Métodos de muestreo y análisis de aire, Lima Perú.
10 p.
FREEMAN H, 1998. Manual de la prevención de la contaminación. 22 p.
KENNETH W, CECIL F. WARNER. 1999. “Contaminación del Aire. Origen y
Control” Editorial México, D.F: Limusa, segunda edición. 650 p.
44
LODGE J. 1988. Métodos de muestreo y análisis de aire; Método 411, (Métodos
colorimétricos Impinger). Tercera edición. 767 p.
MARTÍNEZ E. DIAZ Y. 2004 Contaminación atmosférica. Universidad de
Castilla-La Mancha. 13 p.
MCGRAW, H. 2009. Contaminación Atmosférica. Rev. Esp. Salud Publica vol.
79 Nº.2 España Madrid (10). 234-262 p.
MINAM. 2009. Compendio de normas relacionadas a la calidad del aire. San
Isidro, Lima. 141 p.
MOZO, J. 2011. Análisis de Capacidad y Nivel de Servicio de Segmentos
Básicos de Autopistas, Segmentos Trenzados y Rampas de acuerdo al
Manual de Capacidad de Carreteras HCM2000 aplicando MathCad. Tesis
Ing. Civil. México D.F., México. Universidad Nacional Autónoma de México.
162 p.
NTP (Norma Técnica Peruana) ISO/IEC 17025. 2006. Requisitos generales
relativos a la competencia técnica de los laboratorios de ensayo y
calibración. 8 p.
ORGANIZACIÓN MUNDIAL DE LA SALUD 2004 Organización Mundial de la
Salud y Organización Panamericana de la Salud, guías para la calidad del
aire, Lima. 6 p.
IX. ANEXOS
46
Anexo 1. Datos para la realización de resultados
Cuadro 9. Datos de la absorbancia obtenida para la curva de calibración
N° Concentración Absorbancia
1 0 0
2 0.25 0.002
3 0.75 0.008
4 1.25 0.011
5 2.5 0.031
6 5 0.073
7 10 0.117
8 20 0.322
9 30 0.495
10 40 0.646
11 50 0.781
Figura 10. Curva de calibración y ecuación para hallar la concentración de ozono
troposférico
DILUCIONES y = 0.0161x - 0.0077 R² = 0.9973
-0.1 60 50 40 30 20 10 0
0.9
0.8
0.7
0.6
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0
AB
SOR
BA
NC
IA
47
Cuadro 10. Datos usados para el monitoreo de O3
Datos Valor
Tiempo de muestreo (h) 8
Caudal (l/min) 0.5
Volumen total de la solución absorbente en (ml) 10
Volumen total de aire muestreado en std en (L) 240
m (Pendiente) 0.0161
b (intercepto) 0.0077
48
Cuadro 11. Concentración de O3 en los 5 puntos de evaluación.
Puntos
Repeticiones
O3 ug/m3
Promedio por
repetición promedio por
punto
R1
13.05 13.81
14.57
P01 R2 11.52
12.03 11.44 12.54
R3
8.99 8.48
7.97
R1
16.09 15.59
15.08
P02 R2 10.00
10.76 11.19 11.52
R3
6.95 7.21
7.46
R1
6.95 7.46
7.97
P03 R2 9.49
11.02 9.49 12.54
R3
11.02 10.00
8.99
R1
8.48 8.73
8.99
P04 R2 8.99
10.25 9.32 11.52
R3
9.49 8.99
8.48
R1
16.09 15.59
15.08
P05 R2 16.60
15.08 14.15 13.55
R3
11.52 11.78
12.03
49
MÉTODO COLORIMÉTRICO, IMPINGER.
OBJETIVO
El presente instructivo describe en forma resumida el desarrollo de
los ensayos bajo la norma de la referencia. El objetivo es garantizar un proceso
de análisis seguro y confiable bajo un lenguaje común y estándar para todos los
analistas.
ALCANCE
Aplicable para el del Método y Norma de la Referencia.
REFERENCIAS
Norma Técnica Peruana ISO/IEC 17025:2006 “Requisitos Generales
Relativos a la Competencia Técnica de los Laboratorios de Ensayo y
Calibración”.
COSUDE-SWISSCONTACT, Monitoreo del Aire, Manual de
Laboratorio, SOP 5.4.1.
RESPONSABILIDADES
a. Análisis de laboratorio Analisis de laboratorio I y II
- Responsables de su elaboración y ejecución del instructivo en
mención.
- Supervisor de Laboratorio y Jefe de Laboratorios orgánicos
- Responsable de la revisión, implementación y cumplimiento de
dicho instructivo.
- Gerente de Calidad, Seguridad, Salud y Ambiente Responsable
de su revisión y actualización del instructivo.
50
DEFINICIONES
Procedimiento: Forma específica para llevar a cabo una actividad o
un proceso.
DESCRIPCIÓN DE ACTIVIDADES Principio
Microcantidades de ozono y otras sustancias oxidantes liberan yodo
cuando es absorbido en una solución buffer de ioduro de potasio al 1% a pH 6.8
0.2. El yodo es determinado espectrofotométricamente por medida de absorción
del ion triyoduro a 352 nm.
La estequiometria es aproximada por la siguiente reacción:
Equipos y aparatos
- Buretas de 25 ml y de 40 ml
- Pipetas graduadas y volumétricas
- Matraces aforados (10, 50, 100, 250 y 1000 ml)
- Erlenmeyers
- Vasos de precipitar
- Tubos de ensayo
- Balanza analítica
- Espectrofotómetro ultravioleta
Soluciones y Reactivos
- KH2PO4
- Na2HPO4
- Yoduro de potasio (KI)
- Yodo resublimado
- Tiosulfato de sodio (Na2S2O3)
- Ácido sulfúrico
51
Análisis Solución absorbente: Disolver 13.6g de KH2PO4, 14.2g de
Na2HPO4 (equivalente a 35.8g de Na2HPO2.12H2O) y 10.0g de KI en
secuencia y diluir a 1L. Almacenar a temperatura ambiente por al menos un
día antes de su uso. Medir el pH y ajustarlo a 6.8±0.2 con NaOH o KH2PO4.
Esta solución puede estar almacenada por varios meses en una envase
ámbar de vidrio.
NOTA1: No puede ser expuesto a la luz directa
NOTA2: Esta solución de KI 1% en buffer de fosfato 0.1M puede
ser almacenada varios meses en una botella de vidrio ámbar sin que sufra
deterioro
Solución Stock de I2 0.025M (0.05N): Disolver 16g de KI y
3.175g de yodo sucesivamente y diluir la mezcla a 500mL con agua.
Almacenar por al menos un día antes de su uso. Valorar antes de su uso
con una solución de tiosulfato de sodio de 0.025M.
Solución patrón de tiosulfato de sodio, 0,0250 N: Disolver 6,205
g de Na2S2O3.5H2O en agua, agregar 1,5 mL de NaOH 6 N o 0,4 g de
NaOH sólido y diluir a 1L. Titular con solución de biyodato de potasio.
Solución patrón de biyodato de potasio, 0,0250 N: Disolver
0,8124 g de KH(IO3)2,secado a 103ºC por 1hora, en agua y diluir a 1L
Solución de yodo de 0.001M:Diluir 4mL de la solución Stock de
I2 0.025M en una fiola de 100mL con solución absorbente. Proteger de la
luz. Descartar después de su uso.
Solución de calibración de yodo: Diluir exactamente 5.11mL de
solución de yodo de 0.001M en una fiola de 100mL con solución absorbente.
Esta solución tiene una concentración equivalente a 1uL de O3/mL
Solución de almidón: Disolver 2 g de almidón en 500 ml de agua
en ebullición y filtrar antes de enfriar.
Valoraciones
52
Valoración de la solución de tiosulfato de sodio: Disolver 2g de
KI libre de yodo, en una matraz con 100 a 150 mL de agua desionizada.
Agregar 1mLH2SO4 6N o unas gotas de H2SO4 cc y 20mL de Solución
patrón de biyodato. Diluir a 200mL. Titular con la solución de Tiosulfato de
sodio. Adicionar la solución de almidón cuando la solución se torne amarillo
pálido
Valoración de la solución stock de yodo: Tomar una alícuota
exacta (>10mL) de solución de yodo y colocarlo en un erlenmeyer. Diluir
con agua destilada hasta 40mL y proceder a valorar hasta la disminución
del color. Agregar una gotas de almidón y continuar valorando hasta que la
solución quede transparente.
Procedimiento de muestreo
- Ensamblar el sistema de muestreo, el cual consiste en los impingers
y la bomba.
- Pipetear exactamente 10 ml de solución absorbente dentro de
cada impinger.
- Se muestrea con flujo de 0.5 l/min durante 8 Horas.
- Flujo y tiempo de muestreo pueden ajustarse para obtener una
concentración suficiente de oxidante en la solución absorbente (entre
0.2
– 1.8 μl/10 ml de solución).
- Calcular el volumen total de aire muestreado, registrar temperatura
del aire y presión atmosférica. No exponer el reactivo absorbente a
luz natural directa.
- Medición del color: en caso de evaporación agregar agua destilada
para llevar el volumen a 10 ml. Entre 30 y 60 minutos después de la
recolección de las muestras, se leen las absorbancias en el
espectrofotómetro, a una longitud de onda de 352 nm, empleando
53
agua destilada como referencia.
Calibración y estandarización
La preparación para la curva de calibración se realiza en fiolas
de 50ml. Se preparan estándares de 0 a 50 ulO3. Estos estándares se
preparan individualmente añadiendo 0; 0,2; 0,25; 0,75; 1,25; 2,50; 5,00;
10,00; 20,00; 30,00; 40,00; 50,00 ml de solución de calibración de yodo en
cada matraz aforado a 50ml. Cada matraz debe de aforarse a 50ml con
solución absorbente. Leer la absorbancia de cada matraz a una longitud de
onda de 352nm para graficar la curva de calibrado.
Cálculos
Calcular la concentración de la muestra por medio de la
ecuación de la recta obtenida de la curva de calibración
A352nm : Absorbancia corregida
Cug/muestra : Concentración en
µg/muestra
Las condiciones estándares son asumidas como 101.3kPa
(1atm) y 25ºC (298K), donde volumen molar de un gas es de 24.47 litros.
Las correcciones en el volumen molar son pequeñas y pueden omitirse; sin
embargo, para mediciones de mayor precisión, el volumen molar puede
calcularse bajo las condiciones reales por medio de la ley de los Gases
ideales.
Anotar el volumen de muestra colectado (en litros). La cantidad total
: Pendiente de la recta y : Ordenada al origen
54
de ulO3/muestra se lee directamente de la curva de calibración. La concentración
de ozono en gases gaseosa (ul/l o ppm) puede expresarse por:
Para la curva de calibrado se consideró:
La concentración de ozono en ug/m3 (a presión y
temperatura estándar) se obtiene a partir de su valor en ppm, con la
siguiente formula:
DIAGRAMA DE FLUJO
Temperar las muestras
Tomar la alícuota necesaria para leer en el UV/Vis.
Leer las absorbancias en el espectrofotómetro, a una longitud de onda de 352 nm
Reportar los resultados
55
ANEXO 02. Panel fotográfico
Figura 11. Vista del punto de muestreo 01
Figura 12. Vista del punto de muestreo 05
56
Figura 13. Disoluciones para la curva de calibración del O3
Figura 14. Toma de muestra en el campo
57
Figura 15. Lectura de las muestras obtenidas en el campo
‘
Figura 16 Espectrofotómetro