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Trabajo Fin de Máster TQA

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INDICE INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS ................................................................................................ 5 1. INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS .......................................................................................... 6 ANTECEDENTES .......................................................................................................................... 9 2. PARTÍCULAS. GENERALIDADES, DEFINICIÓN Y CLASIFICACIÓN ........................ 10

2.1 GENERALIDADES DE LAS PARTÍCULAS. ............................................................... 10

2.2 DEFINICIÓN DE PARTÍCULAS. .................................................................................. 10

2.3 CLASIFICACIÓN DE PARTÍCULAS. .......................................................................... 11 3. FACTORES A TENER EN CUENTA EN EL ESTUDIO DE LOS CONTAMINANTES PARTICULADOS ..................................................................................... 12

3.1 DISTRIBUCIÓN DEL TAMAÑO .................................................................................. 12

3.2 CARACTERÍSTICAS QUÍMICAS DE LAS PARTÍCULAS ATMOSFÉRICAS. RELACIÓN CON LA COMPOSICIÓN. .................................................. 16

3.3 TRANSFORMACIONES DE LAS PARTÍCULAS. ...................................................... 18

3.3.1 CARACTERÍSTICAS EN CUANTO A LA REACTIVIDAD QUÍMICA .................... 18

3.3.2 PROCESOS FÍSICOS QUE AFECTAN A LA COMPOSICIÓN Y DISTRIBUCIÓN DE TAMAÑO DE LAS PARTÍCULAS ATMOSFÉRICAS. ...................... 19

3.4 TRANSPORTE. ............................................................................................................... 20

3.5 ELIMINACIÓN DE LAS PARTÍCULAS DE LA ATMÓSFERA. ................................ 21 4. EFECTOS DE LAS PARTÍCULAS. ...................................................................................... 23

4.1 EFECTOS SOBRE LA SALUD HUMANA ................................................................... 23

4.2 EFECTOS SOBRE LA VEGETACIÓN ......................................................................... 27

4.3 DAÑOS SOBRE LOS MATERIALES ........................................................................... 27

4.4 EFECTOS SOBRE LOS ECOSISTEMAS ...................................................................... 28

4.5 EFECTOS SOBRE LA VISIBILIDAD ........................................................................... 28

4.6 EFECTOS SOBRE EL CLIMA ....................................................................................... 29 5. CONTROL DE LA CONTAMINACIÓN POR PARTÍCULAS. .......................................... 30

5.1 RED DE PM 10 ................................................................................................................ 31

5.2 RED DE PM 2,5 ............................................................................................................... 33

5.3 RED IME ......................................................................................................................... 33 6. PARTÍCULAS CAPTADAS PARA LA MEDIDA DE CALIDAD DEL AIRE .................. 34

6.1 DETERMINACIÓN DE PARTÍCULAS EN INMISIÓN ............................................... 35

6.1.1 MODELOS DE DISPERSIÓN. ....................................................................................... 35

6.1.2 MODELOS DE RECEPTOR ........................................................................................... 36

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6.1.3 CAPTADORES DE PARTÍCULAS EN SUSPENSIÓN. ............................................... 38 7. LEGISLACIÓN APLICABLE ............................................................................................... 42

7.1 REAL DECRETO 102/2011, DE 28 DE ENERO, RELATIVO A LA MEJORA DE LA CALIDAD DEL AIRE. ................................................................................................. 42

7.1.1 ANEXO VII DEL R.D 102/2011 ..................................................................................... 43

7.1.2 ANEXO I DEL R.D 102/2011 ......................................................................................... 44

7.2 DECRETO 151/2006, DE 25 DE JULIO, DE LA JUNTA DE ANDALUCÍA. ............. 46 MATERIALES Y MÉTODOS ...................................................................................................... 47 8. GENERALIDADES ............................................................................................................... 48 9. MATERIALES EMPLEADOS .............................................................................................. 49

9.1 TIPOS DE FILTROS. ...................................................................................................... 49

9.2 TIPOS DE EQUIPOS ...................................................................................................... 52

9.2.1 TOMA DE MUESTRA .................................................................................................... 52

9.2.2 EQUIPOS DE ANÁLISIS EN EL LABORATORIO. .................................................... 57

9.3 SISTEMA DE ACONDICIONAMIENTO ...................................................................... 60

9.4 SISTEMA DE TOMA DE DATOS ................................................................................. 62

9.4.1 SISTEMA DE ADQUISICIÓN DE DATOS AMBIENTALES DE LA SALA DE BALANZAS. ....................................................................................................................... 72

10. MÉTODO DE ANÁLISIS .................................................................................................. 73

10.1 PROCEDIMIENTO DE ANÁLISIS ................................................................................ 73

10.1.1 FASES PREVIAS ..................................................................................................... 74

10.1.2 PESAJES DE SOPORTES DE MUESTREO ........................................................... 75

10.1.3 CÁLCULOS Y EXPRESIÓN DE RESULTADOS .................................................. 76

10.2 FINALIDAD DEL MÉTODO. ........................................................................................ 77

10.3 VALIDACIÓN DE LOS MÉTODOS DE ENSAYO. ..................................................... 78

10.3.1 PRECISIÓN .............................................................................................................. 79

10.3.2 VERACIDAD ............................................................................................................ 81

10.3.3 LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN. ........................................................................... 81

10.3.4 RANGO O INTERVALO DE TRABAJO. ............................................................... 81

10.3.5 ESTIMACIÓN DE LA INCERTIDUMBRE DE LOS RESULTADOS. ................. 83 RESULTADOS Y DISCUSIÓN ................................................................................................... 89 11. OPTIMIZACIÓN DE LOS PARÁMETROS DE VALIDACIÓN DEL MÉTODO .......... 90 12. MODIFICACIONES DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN. ........................................ 97 13. CREACIÓN DE BASE DE DATOS PARA DETERMINACIÓN GRAVIMÉTRICA DE PARTÍCULAS. ..................................................................................... 110 14. DISCUSIÓN DE LOS RESULTADOS DE LA VALIDACIÓN ..................................... 113 CONCLUSIONES ....................................................................................................................... 117 ANEXOS ..................................................................................................................................... 119

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ÍNDICE DE FIGURAS ............................................................................................................... 136 ÍNDICE DE TABLAS ................................................................................................................. 137 BIBLIOGRAFÍA ......................................................................................................................... 139

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INTRODUCCIÓN Y OBJETIVOS

Introducción y objetivos


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1. Introducción y objetivos

Dentro del ámbito de la contaminación ambiental, la contaminación del aire es uno de los casos

que más preocupa, ya que la comunidad científica opina que está comprometiéndose la

estabilidad climática de la atmósfera a escala global.

La contaminación atmosférica se define, según la legislación vigente, como la presencia en el

aire de sustancias o formas de energía que alteren la calidad del mismo de modo que impliquen

riesgo, daño o molestia grave para las personas y bienes de cualquier naturaleza.

Los contaminantes se pueden clasificar en biológicos, químicos y formas de energía, según su

naturaleza. A su vez, los contaminantes químicos de la atmósfera se clasifican en primarios y

secundarios en función del origen de los mismos, es decir, se consideran primarios si son

vertidos directamente desde los focos emisores y contaminantes a la atmósfera, los secundarios

los que tras haber sido emitidos se transforman tras reacciones físicas o químicas. En el grupo de

los contaminantes primarios se encuentran los óxidos de azufre, los óxidos de nitrógeno, los

hidrocarburos, el monóxido de carbono, el anhídrido carbónico y las partículas. Entre los

contaminantes secundarios destaca el ácido sulfúrico(H2SO4), que se forma por la oxidación del

dióxido de azufre (SO2), el dióxido de nitrógeno (NO2), que se forma al oxidarse el contaminante

primario NO y el ozono (O3), que se forma a partir del oxígeno (O2).

El material particulado atmosférico se define como un conjunto de partículas sólidas y/o líquidas

(a excepción del agua pura) presentes en suspensión en la atmósfera (Mészáros 1999).

Generalmente, el término aerosol atmosférico se utiliza como sinónimo de partículas

atmosféricas, aunque esta definición no es estricta. Es necesario considerar que el término

material particulado atmosférico es un concepto amplio que engloba tanto las partículas en

suspensión como las partículas sedimentables (diámetro > 20 µm) caracterizadas por un corto

tiempo de residencia en la atmósfera (varias horas), (Conama.8).

Debido al carácter perjudicial para la salud humana, el control de la contaminación por partículas

es un factor importante en cuanto a la evaluación de la calidad del aire. En Andalucía este control

lo realiza el “Laboratorio de Referencia de la Calidad del Aire de Andalucía” de la “Agencia de

Medio Ambiente y Agua” por indicación de la Consejería de Medio Ambiente. En base al Real

Introducción y objetivos


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Decreto 102/2011 se hace medir la concentración másica de las partículas con diámetro

aerodinámico de 2,5 µm (conocido como PM 2,5), las diámetro aerodinámico inferior a 10 µm

(PM 10) y las partículas totales en suspensión, las cuales engloban todas las partículas que se

encuentran el aire ambiente sin que se le realice ningún tipo de discriminación en la toma de

muestra. La necesidad y los valores limites de este ultimo tipo de partículas vienen indicados en

el Decreto 151/2006 de la Junta de Andalucía.

En el Laboratorio Andaluz de Referencia de la Calidad del Aire (LARCA) de Andalucía, se

realiza el análisis de partículas por gravimétrica, este laboratorio está acreditado por ENAC de

acuerdo con la norma UNE-EN- ISO/IEC 17025:2005, con el número de acreditación 319-

LE659.

Este trabajo fin de máster ha tenido como objetivo principal optimizar el laboratorio en cuanto a

su funcionamiento y resultados, para ello, y tras una evaluación de su estado actual, se han

realizado las siguientes propuestas de mejora:

- Optimizar los parámetros de validación del método y conseguir un límite de

cuantificación más bajo.

- Mejorar la estabilidad de las condiciones ambientales (humedad y temperatura) en la sala

de balanzas.

- Optimizar los recursos del laboratorio mediante un nuevo método de tratamiento de

datos.

Se han implementado y validado los cambios propuestos evaluando su eficacia. Es de señalar

que en todo el proceso se ha contado con la colaboración de técnicos especializados y las

modificaciones se han realizado siguiendo las directrices del sistema de calidad implantado.

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ANTECEDENTES

Antecedentes


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2. Partículas. Generalidades, definición y clasificación

2.1 Generalidades de las partículas.

Desde el punto de vista químico, la capa inferior de la atmósfera está formada por dos grandes

grupos de compuestos, los que se encuentran en proporciones constantes: nitrógeno, oxígeno y

gases nobles y los que se encuentran en proporciones variables: dióxido de carbono, vapor de

agua y los diversos contaminantes. Ambos tipos de compuestos constituyen el aire.

Los gases contaminantes primarios más frecuentes son: óxidos de azufre (SOx, SO2, SO3), H2S,

óxidos de nitrógeno (NO2, NOx, NO), hidrocarburos (HC), monóxidos de carbono y anhídrido

carbónico (CO2). También se tiene como contaminantes primarios las partículas en fase sólida o

líquida.

Las partículas suponen entre el 10 y el 15 por ciento de la masa total de contaminantes en la

atmósfera, aunque este porcentaje no es muy alto, sí lo es en cambio, el riesgo potencial de las

mismas.

La concentración de las partículas se mide en µg/m3, es decir, cantidad de masa de materia

particulado encontrada tras hacer pasar por el filtro una cantidad de volumen de gas (aire).

Durante la última década, distintos estudios epidemiológicos han puesto de manifiesto los

efectos negativos que sobre los animales, sobre la vegetación y materiales tienen las partículas.

En cuanto a la salud humana, afectan entrando por las vías respiratorias, pudiendo quedar

retenidas en los alvéolos pulmonares, llegando a provocar distintas afecciones neumológicas.

2.2 Definición de partículas.

Con el término genérico de partículas se designan en el campo de la contaminación atmosférica

las sustancias en estado sólido o líquido, excepto el agua no combinada, dispersas en un gas, de

tamaño mayor que el de las moléculas pero menor de 500 micrómetros.

Existen otras definiciones sobre partículas, por ejemplo la Sociedad Meteorológica Americana

(SMA 2000) define el término de partícula atmosférica como aquel componente de la atmósfera

constituido de materia sólida o líquida. Existen también otros términos que se usan con el mismo

Antecedentes


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sentido como polvo (material sólido en la atmósfera en forma de pequeñas partículas irregulares,

la mayoría de las cuales son de tamaño de grano microscópico) aerosol (partículas sólidas y/o

líquidos incluidas en un medio de dispersión ya sea gas o aire).

2.3 Clasificación de partículas.

Existen en el aire una gran variedad de partículas de humo, polvo, hollín, fibras, gotas, etc. Con

un amplio margen de tamaños que comprende desde las moléculas hasta las partículas de polvo

invisibles al microscopio, las dimensiones varían desde 6·10-4 a 500 micrómetros de diámetro

aerodinámico. Se entiende por diámetro aerodinámico al de una partícula esférica de densidad

igual a uno, que tiene en el aire la misma velocidad de sedimentación que la partícula

considerada (AET.1995).

Los contaminantes particulados pueden clasificarse en función de su tamaño, además de por su

composición química (metales, carbón, alquitrán, resina, polen, silicatos, carbonatos, etc.) y de

su origen (procedentes de reacciones químicas, procesos radiactivos y físicos).

La clasificación en función de su tamaño puede ser: iones (son las partículas cargadas y que

poseen un tamaño inferior a 0,1µm), materia suspendida (la cual a su vez se puede dividir en los

llamados núcleos de Aitken que poseen un tamaño comprendido entre 5·10-3 y 10-1 µm y materia

particulada suspendida, cuyo diámetro comprenden entre 10-1 a 10 µm) y por último la materia

sedimentable (que posee un tamaño de diámetro aerodinámico entre 10 y 500 µm).

Dentro de las partículas están los aerosoles, se les conoce como material particulado, siempre

que su tamaño esté comprendido entre 0,1 y 10 micrómetros de radio, lo que les otorga una

velocidad de sedimentación muy baja permaneciendo suspendidas la mayor parte del tiempo, lo

que provoca que sean arrastradas por las corrientes de aire, desde el lugar de donde surgieron

(lugar de emisión), complicando la labor de conocer el lugar de origen de estar partículas.

Es por ello que la definición más aceptada de aerosol es: suspensiones en un medio gaseoso, de

partículas sólidas o líquidas, de un tamaño tal que poseen una velocidad de caída inferior a 0,24

m/s y con un tamaño de partícula inferior a 100 micrómetros.

Antecedentes


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Los tipos de aerosoles que conocemos son:

‐ Líquido - gas: neblina y niebla ‐ Sólido – gas: polvo, humo (humo metálico y humo de una combustión incompleta), smog

(mezcla de humo y niebla), haze (mezcla de neblina y polvo), fibras (son las partículas cuyo diámetro es al menos cinco veces inferior con respecto a su longitud).

Las partículas presentan una gran variedad de tamaños y constitución química, lo cual depende

principalmente de la procedencia. A su vez, en función de la composición química serán activas

a otros compuestos como pueden ser los fluoruros, cloruros, mercurios, plomos, arsénicos, etc., o

inertes. También pueden actuar reaccionando de forma que absorban sustancias activas o bien

combinarse con otras sustancias obteniéndose sustancias activas.

3. Factores a tener en cuenta en el estudio de los contaminantes particulados

El estudio del material particulado tiene como finalidad conocer el origen, tanto natural como

antrópico, de las partículas existentes en la atmósfera, además de la identificación de la

procedencia de los contaminantes.

3.1 Distribución del tamaño

El principal parámetro caracterizador del material particulado es la granulometría. Las partículas

suspendidas en la atmósfera se encuentran en un rango de diámetros comprendidos desde los

pocos nanómetros a los varios cientos de micrómetros, dichos tamaños son fácilmente

asemejables a los que comprendería un virus ultramicroscópico hasta una partícula de polvo

visible por el ojo humano. La clasificación por tamaños para las partículas de estas magnitudes

son las que comprenden diámetros aerodinámicos inferiores a 10 µm, las de tamaños menores a

0.3 µm y el último grupo con diámetros inferiores a 0,1 µm. Normalmente se usa 2 micrómetros

como el límite para diferenciar entre partículas finas y gruesas.

En las finas podemos incluir los núcleos de Aitken que poseen diámetros menores de 0,1 µm.

Estos son núcleos de condensación activa responsables de las gotitas pequeñas que dan lugar a

las nubes, emitidos como tales o formados por condensación de vapor. Por otro lado están las

partículas de acumulación, las cuales poseen unos tamaños comprendidos entre 0,1 y 2 µm y se

obtienen principalmente de la coagulación y acumulación de partículas menores.

Antecedentes


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En cuanto a las gruesas, se forman principalmente por procesos mecánicos, por evaporación de

gotas de líquidos (spray marino), por procesos de combustión, volcanes, plantas y otras fuentes.

Las que poseen mayor tamaño son las partículas sedimentables, las cuales están constituidas por

partículas sólidas con un tamaño comprendido entre 10 y 500 micrómetros. Esto equivale al

polvo grueso, que tiene una velocidad de sedimentación apreciable, además de un tiempo de

permanencia en la atmósfera relativamente corto, aunque son partículas que pueden recorrer

varias decenas de kilómetros (como es el caso de la intrusión sahariana). Los componentes

químicos más usuales en el polvo sedimentable son las sustancias inorgánicas, como dióxido de

silicio, sulfatos, cloruros, nitratos. En cuanto a la parte orgánica, los que se observan proceden

fundamentalmente de la combustión incompleta del carbón y de los derivados del petróleo

(alquitrán e hidrocarburos policíclicos aromáticos). Son las emitidas a la atmósfera como

partículas primarias ya que son emitidas directamente como sólidas. Los contaminantes se

pueden distribuir por el tamaño en el se suelen encontrar en la atmosfera, Tabla.3-1. Tamaño

normal de partículas para varias sustancias y Tabla.3-2 Tamaño predominante de las partículas

para varias sustancias, por ello el sulfato normalmente se observa en partícula fina, en cambio el

fosfato normalmente se encuentra en la atmosfera como una partícula gruesa.

Tabla.3-1. Tamaño normal de partículas para varias sustancias

Normalmente fina Normalmente Gruesa Normalmente bimodal Variable

Sulfatos, Orgánicos,

Arsénico, Selenio,

Ión hidrógeno,

Sales de amonio, Hollín.

Hierro, Calcio, Titanio,

Magnesio, Potasio,

Fosfato, Silicio,

Aluminio.

Cloratos,

Nitrato

Níquel, Estaño,

Vanadio, Manganeso,

Antimonio, Zinc,

Cobre

Tabla.3-2 Tamaño predominante de las partículas para varias sustancias Predominantemente fina Predominantemente gruesa

Azufre,

Plomo

Calcio, Silicio, Hierro,

Potasio, Titanio.

Antecedentes


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La distribución de tamaños de partículas hace referencia a la variación de la concentración con el

tamaño. Se puede dividir en regiones en función del tamaño, obteniéndose unos rangos también

llamados modas que se pueden describir con una función tipo log-normal, obteniéndose un

gráfico de tipo campana.

En el grafico que se muestra a continuación se pueden ver que es trimodal (Whitby K.T.1977),

en el cual hay una moda de acumulación (tiene altas áreas de superficie), otra de nucleación

(altos números de concentración) y una moda gruesa (alto volumen o masas).

- La moda de nucleación (diámetro medio inferior a 0,1 µm) contiene pequeñas partículas

emitidas o nucleadas a partir de gases y que después aumentan de tamaño de coagulación y

crecimiento, denominándose también partículas secundarias. Cabría destacar el ácido sulfúrico,

el agua, y algunos gases orgánicos pesados que se condensan en las partículas.

- La moda de crecimiento o de coagulación desplazan el tamaño de las partículas a la moda de

acumulación, entre 0,1 y 2 µm de tamaño. Las partículas finas no crecen más de una micra por

condensación, las partículas gruesas se generan primariamente por emisión. Algunas de estas

partículas caen por lluvia, pero en general son muy ligeras para depositarse por sedimentación.

Esta moda puede dividirse a su vez en dos modas, de 0.2 y de 0.5 a 0.7 µm. El estudio de la

moda de acumulación es de gran interés porque influye sobre la salud humana, bien penetrando

en el aparato respiratorio pudiendo llegar hasta los alvéolos pulmonares, o bien afectando a la

visibilidad al estar cerca del límite de la luz visible. Estas partículas son las que hemos

denominado anteriormente como finas.

- La moda gruesa, son las de tamaño superior a la moda de acumulación. Son las partículas como

el polvo, las de emisiones, aerosol marino, volcanes, partículas botánicas.

Antecedentes


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Figura.3-1 Distribución trimodal del tamaño de las partículas

En la figura anterior se puede observar la distribución trimodal del tamaño de las partículas

(Whitby et al. 1972a y Husar et al. 1972b), correspondiente a la línea sólida. También está la

distribución cuatrimodal de Whitby y Sverdrup (1890), que queda representada como la línea

punteada.

En base a la granulometría se hace una clasificación que es la de PTS (partículas totales en

suspensión) PM 10 y PM 2,5 (partículas de diámetro aerodinámico inferior a 10 o a 2,5 µm

respectivamente)

Antecedentes


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3.2 Características químicas de las partículas atmosféricas. Relación con la composición.

Las partículas atmosféricas pueden tener un origen natural o antropogénico. Las de origen

antropogénico son las formadas por condensación de gases emitidos por reacciones químicas

(incluida la combustión) y por pulverización mecánica. Las fuentes naturales incluyen la

actividad volcánica, el aerosol oceánico, el polvo del suelo, las partículas procedentes de fuegos

forestales, la materia orgánica particulada procedente de la vegetación, etc. La resuspensión de

polvo originado por fuentes naturales y antropogénicas, ocurre cuando las partículas previamente

depositadas son movilizadas por el viento u otros procesos.

Se estima que la materia particulada de origen artificial representa desde un 5 a un 50 % del

total. En algunas zonas urbanas e industriales el aerosol procede fundamentalmente de fuentes

antropogénicas.

En el caso de las partículas procedentes de la combustión, las características químicas estarán

determinadas por parámetros tales como composición del combustible, temperatura de

combustión, razón aire-fuel, etc.

Pero además dependerá de cualquier reacción que ocurra durante el tiempo de residencia de la

partícula en la atmósfera. Los aerosoles ambientales son mezclas de emisiones de numerosas

fuentes y son recogidos (o inhalados) después de períodos variables de permanencia en el medio,

donde tienen lugar mezclas, reacciones químicas, exposición a diferentes porcentajes de

humedad, etc. Por ello, las características químicas de las partículas pueden ser muy variables y

complejas.

Aunque únicamente por la composición química no es posible identificar en detalle la fuente

especifica de las partículas atmosféricas, hay características químicas diferenciales en las

distintas fuentes:

a) Fuentes móviles: Son responsables de gran parte de las emisiones de plomo. También son

responsables de más de un 30% de las emisiones antropogénicas de hidrocarburos.

Antecedentes


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En la actualidad se está produciendo una disminución considerable de las emisiones de este

metal por esta fuente, debido principalmente al uso creciente de gasolina sin plomo.

b) Fuentes estacionarias de combustión: Emiten partículas que contienen un gran número de

sustancias de interés, pudiendo incluir materia orgánica policíclica, carbón y ciertos metales.

Gran cantidad de las emisiones de SO2 se emiten desde este tipo de fuentes. En la siguiente tabla

se pueden observar la clasificación de las fuentes principales.

Tabla.3-3 Clasificación de metales según los tipos de fuentes principales Emisión de contaminante/s Origen

Berilio Carbón

Níquel y vanadio Fuel

Benzopireno Combustión del carbón y fuel pesado

Plomo Automóviles

c) Otras fuentes estacionarias: Generan emisiones que tienen componentes característicos de

cada proceso. En la siguiente tabla se pueden observar la clasificación de las fuentes principales.

Tabla.3-4 Clasificación de contaminante según el origen Emisión de contaminante/s Origen

Vapor sulfúrico Planta de ácido sulfúrico

Partículas formadas de óxidos de calcio carbonato cálcico

Plantas de cemento

Partículas con metales Fundiciones y otros procesos metalúrgicos

Partículas con grandes cantidades de sal marina Zonas costeras

Tal y como se definió para los contaminantes en general, las partículas se pueden clasificar de

forma similar:

Partículas primarias: Son aquellas emitidas como tales a la atmósfera, pueden ser de

tamaño tanto gruesas como finas.

Partículas secundarias: Son las formadas en la atmósfera por reacciones físicas o

químicas. Muchas de las partículas atmosféricas son aerosoles secundarios: partículas

Antecedentes


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formadas por complejos como óxido de azufre o vapores orgánicos que son emitidos a la

atmósfera como gases, pero por enfriamiento o por reacciones químicas se condensan a

partículas. El tamaño en su mayoría es de rango fino.

Desde el punto de vista químico, una de las características de mayor interés es la acidez de las

partículas atmosféricas, la cual deriva principalmente de la presencia de ácido sulfúrico que se

forma principalmente como partícula secundaria por oxidación de los óxidos de azufre. El ácido

nítrico que también suele estar presente, generalmente se encuentra en forma de vapor. Parte del

ácido sulfúrico es neutralizado por el amonio atmosférico y otros cationes. Algunas veces, sin

embargo, puede quedar parte sin neutralizar, aun en presencia de amonio suficiente para su

teórica neutralización. Esto entiende como la materia orgánica presente, que protege a la

partícula de ser neutralizada.

3.3 Transformaciones de las partículas.

3.3.1 Características en cuanto a la reactividad química

• Las partículas están formadas por porciones líquidas o sólidas de materia. En ambas

formas condensadas de materia, la movilidad está muy limitada en relación con la forma

gaseosa y toda reacción química se producirá en la interfase.

• Las partículas sólidas, generalmente, serán siempre menos reactivas que las líquidas con

otras especies gaseosas presentes en la atmósfera; los gases se difunden mejor

disolviéndose a través de las gotas líquidas.

• Los sólidos presentan multitud de defectos o imperfecciones en la red, y suelen poseer

mayor actividad química cuando se encuentran finamente divididos al presentar mayor

superficie específica. La superficie límite del sólido (interfase) es en todos los casos una

imperfección en sí misma.

• Con idénticas composiciones químicas, partículas de diferente origen, pueden poseer

propiedades diferentes. Así, por ejemplo, las cenizas de carbón que permanecen en la

parrilla del hogar y que han sufrido un enfriamiento lento, pueden presentar diferente

reactividad que aquellas que, arrastradas por el gas de combustión, son divididas en finas

partículas y enfriadas mucho más rápido. Estas últimas, al tener carácter vítreo, pueden

presentar mayor reactividad.

Antecedentes


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• Los aerosoles adquieren reactividad al quedar suspendidos en el aire, como consecuencia

de que son capaces de adquirir carga electrostática. Dicha carga estabiliza, por repulsión,

a las partículas que permanecen separadas frente al movimiento browniano. Los choques

entre partículas favorecerían que se manifestaran las fuerzas de “Van der Waals” y se

produjese la condensación. Esta carga electrostática puede propiciar algún tipo de

reactividad química especial que se ha sugerido como potenciadora del daño sobre vías

respiratorias.

• Además de la reactividad química que se manifiesta en las reacciones en que las

partículas se transforman, las partículas intervienen como catalizadores de otras

sustancias gaseosas, en procesos de catálisis heterogénea.

3.3.2 Procesos físicos que afectan a la composición y distribución de tamaño de las partículas atmosféricas.

Los procesos físicos que afectan a la composición y distribución del tamaño de las partículas

atmosféricas son la condensación y la aglomeración.

La condensación del aire saturado en humedad se produce instantáneamente cuando en la

atmósfera húmeda existen núcleos de condensación de tamaño superior al crítico. La formación

de una fase en el seno de otra (en este caso fase líquida en el seno del aire) implica la

intervención de diferentes energías: energía de condensación, energía de interfase y energía de

expansión del medio.

La aglomeración de partículas ha sido estudiada tanto en la naturaleza como en el laboratorio. En

condiciones normales, la distribución de partículas en la atmósfera en función del tamaño, es

trimodal. Las partículas más pequeñas están formadas por nucleación fotoquímica o

condensación de vapor; estas partículas son menores a 0,1 µm. El siguiente rango va de 0,1 a 2

µm. Las partículas de este tamaño, no son fácilmente eliminadas de la atmósfera ni por difusión

ni por procesos de impacto, en la distribución logarítmica normal. En este rango de tamaño se le

denomina modo de acumulación. A las partículas de tamaño mayor, se les denomina gruesas.

Gran cantidad de evidencias demuestran que las partículas finas y gruesas son químicamente

diferentes. Los procesos de condensación producen las finas mientras que los procesos

mecánicos o de combustión o abrasión producen las gruesas.

Antecedentes


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Se ha observado que la aglomeración de partículas menores a 0,1 µm. (núcleos) sobre el resto,

reduce su número en un 79% por hora, mientras que la aglomeración de núcleos con ellos

mismos reduce su número en un 31% por hora.

3.4 Transporte.

El problema de la contaminación atmosférica queda reducido tal y como se ha dicho a las capas

bajas de la atmósfera, en general de 0 a 500 metros sobre el nivel del suelo.

Al producirse el transporte de partículas, lo que se consigue principalmente es distribuir los

contaminantes en un volumen de aire proporcional a la velocidad del mismo.

La velocidad del viento, que es uno de los principales factores que realizan la función del

transporte, no es uniforme, variando de forma exponencial en función de la altura. La velocidad

de los vientos está muy relacionada con las temperaturas y las presiones de las masas de aire.

Los vientos en la zona de la atmósfera libre siguen una dirección horizontal según las líneas

isóbaras, viéndose influenciados por los gradientes de presión.

En ausencia de vientos, los movimientos de una masa de aire en la atmósfera son debidos a los

gradientes de presión, a las fuerzas centrífugas por unidad de volumen y a las de Coriolis, que

provocan la dispersión de contaminantes por difusión forzada o libre.

El efecto neto del transporte de partículas provoca que, al aumentar la distancia de la fuente,

decrezca la concentración de aerosol, incrementándose considerablemente la proporción de

partículas que se sitúan en el denominado rango de acumulación «finas», con diámetro medio de

0,4 a 1 mm., ya que los núcleos han sido eliminados por coagulación y las «gruesas» por

sedimentación.

El trasporte a microescala y la dispersión de partículas finas, hasta unos pocos kilómetros de la

fuente, es un proceso bastante bien descrito, al igual que los modelos que representan el

comportamiento de los contaminantes que están generalmente basados en las formulas de

dispersión desarrolladas para contaminantes gaseosos. Cuando los mecanismos de deposición

seca son importantes, se introduce en la fórmula un término de reducción, a veces exponencial.

Otras veces se han desarrollado fórmulas muy complejas para el transporte de partículas basadas

en la observación más detallada de los fenómenos de deposición húmeda y seca.

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El transporte de partículas a escala regional y a macroescala, desde diez a varios miles de

kilómetros de la fuente, ha sido observado en numerosas áreas, como por ejemplo en el este y

oeste de Europa, además de las intrusiones saharianas que se dan en las Islas Canarias al igual

que en la parte sur de España (Andalucía). Además se ha comprobado que puede ocurrir

transporte de partículas a varios miles de kilómetros; así, se han encontrado partículas sobre

Alaska que dicen proceder de Asia Central.

Existen muchos modelos para calcular el transporte a macroescala, lo cual es bastante complejo

debido, entre otros factores, a fenómenos de turbulencia de la atmósfera, como ciclones y

anticiclones difíciles de prever.

3.5 Eliminación de las partículas de la atmósfera.

Las partículas pueden ser eliminadas de la atmósfera por cualquiera de los siguientes procesos:

- Al proceso en el que las partículas de aerosol que contactan con la tierra u otras superficies y se

depositan, se conoce como “deposición seca”.

- Al proceso de eliminación de las partículas de aerosol arrastradas por la precipitación de lluvia

o nieve, se le denomina “deposición húmeda”.

Factores que influyen en el factor de eliminación:

1.- Tamaño de la partícula:

Partículas menores de 0,1 µm: no se ven afectadas ni por la “fuerza de la gravedad”, ni por

“fuerzas electrostáticas” y son controladas exclusivamente por el “movimiento browniano”. Son

los procesos de difusión los que controlan la tasa de deposición de estas pequeñas partículas.

Partículas mayores: Su deposición está controlada por procesos aerodinámicos como el impacto

con sedimentación o la sedimentación a la tierra.

2.- Lluvia

La lluvia puede eliminar los aerosoles de la atmósfera por dos procesos básicos.

- En el primero el aerosol sirve como núcleo de condensación al vapor de agua, siendo capturado

en la formación de partículas de nube denominada “rainout”.

Antecedentes


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Las partículas mayores a una micra son eficientes núcleos de condensación para la formación de

partículas de nube. Varios fenómenos físicos contribuyen de forma conjunta al “rainout”. Las

partículas de menos de un micrómetro, pueden aumentar su tamaño por medio de la

condensación de agua en nubes convectivas, donde la velocidad vertical es relativamente grande.

- En el segundo, el aerosol es arrastrado por las gotas de lluvia y cuando caen, se les denomina

“washout”. Este proceso es muy efectivo para partículas mayores de 1µm. Las partículas

menores de 1 µm., la captura inercial es inefectiva, y prácticamente no son afectadas por la lluvia

y la eliminación aumenta por la difusión browniana.

3.- Deposición seca

La deposición seca de partículas atmosféricas puede ocurrir por sedimentación gravitacional, por

impacto inercial o por difusión browniana.

Para partículas mayores de 2 µm: Es la sedimentación el principal proceso que las elimina. La

velocidad final de estas partículas puede ser estimada usando la ley de Stokes para fluidos

viscosos y su incremento con el cuadrado del diámetro de la partícula.

Para partículas submicrométricas el efecto de la sedimentación es despreciable y el transporte a

la superficie se produce por difusión turbulenta. El mecanismo es en gran parte el mismo para el

transporte de gases y de grandes partículas. Con un viento muy flojo y condiciones estables la

carencia de turbulencias puede limitar la deposición de partículas finas.

El tiempo medio de residencia del aerosol atmosférico dependerá de su tamaño, concentración y

altura sobre la tierra. Se puede estimar el tiempo de vida de un aerosol en función de su altura

sobre la tierra, como se puede observar en la siguiente tabla.

Tabla.3-5. Relación entre la distancia de las partículas y el tiempo de permanencia.

Distancia Tiempo de permanencia

Cerca de la superficie: 4 días

Troposfera baja: 14 días

Troposfera alta: 30 días

Estratosfera inferior: 1 - 2 años

Antecedentes


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4. Efectos de las partículas.

4.1 Efectos sobre la salud humana

Las partículas respiradas por el hombre provocan efectos diversos que dependen

fundamentalmente de sus características físicas y químicas y de su poder toxicológico. Las

partículas aspiradas que contengan compuestos solubles, o bien que se encuentren en estado

líquido, pueden ser absorbidas por el tejido donde se depositan pudiendo causar daños si son

corrosivas o tóxicas. En el resto de los casos el efecto dependerá de la región donde se deposite y

del mecanismo de eliminación. El tamaño de la partícula determina su penetración en el aparato

respiratorio humano.

Se considera materia particulada inhalable, la que tiene un diámetro equivalente igual o menor a

15 µm. Este tamaño fue considerado teniendo en cuenta que hay situaciones en que la deposición

puede aumentar, por ejemplo, realizando ejercicio y respirando por la boca, esta fracción de

partículas puede depositarse en los conductos del aire y en las zonas de intercambio gaseoso del

sistema respiratorio humano. Además, existe un segundo tamaño de partículas, las de diámetro

equivalente menor o igual a 3 µm que son especialmente peligrosas por poder penetrar en la

región del tracto respiratorio responsable del intercambio gaseoso.

El sistema respiratorio humano puede mover gran cantidad de partículas y la calidad del aire

estándar está basada en la cantidad total de materia particulada con adecuada protección.

La medida de materia total particulada no refleja el daño potencial sobre la salud que pueden

ejercer determinadas partículas específicas o rangos de tamaño. El efecto que puede tener para la

salud determinadas clases de partículas es desproporcionadamente grande en relación a la

fracción que representa respecto al total de la masa de materia particulada en suspensión. Así, las

menores a 3 µm. de diámetro aerodinámico pueden penetrar en los pulmones y su presencia

física puede causar enfermedades y reducir la función pulmonar. Por otra parte, las que poseen

compuestos solubles químicos o corrosivos pueden causar daños sobre los tejidos donde se

depositan al ser disueltos y absorbidos por los mismos.

Las propiedades aerodinámicas del aerosol y la fisiología de la respiración determinan la

deposición del aerosol. Los tres mecanismos principales de deposición de partículas

Antecedentes


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(impactación inercial, sedimentación y difusión) varían en las distintas regiones del aparato

respiratorio.

- Deposición por impactación inercial: Es proporcional al flujo volumétrico y a la sección

aerodinámica de la partícula. Ocurre en situaciones de alta tasa de flujo y de cambios abruptos de

dirección como en nariz y garganta y menos frecuentemente en la tráquea y bronquios. La

impactación inercial afecta a partículas mayores o iguales a 5 µm de diámetro aerodinámico.

- Deposición por sedimentación: Es proporcional al peso de la partícula y se ve favorecida por el

tiempo de residencia; ocurre principalmente en la tráquea y bronquios. Las partículas inhaladas

con diámetro equivalente de 1 a 5 µm, son retenidas más eficientemente por sedimentación.

- Deposición por difusión: Resulta del movimiento al azar, por ejemplo browniano, de partículas.

La deposición por difusión es más común en la región alveolar y es responsable de la deposición

de partículas menores de 0,5 µm de diámetro.

Las partículas muy pequeñas no se acumulan sobre la superficie de los pulmones, sino que son

absorbidas por los fluidos y eliminadas del cuerpo.

En general, el aparato respiratorio, es un filtro eficaz para partículas mayores a tres micrómetros.

Las que se depositan en la nariz o en la tráquea, pueden ser expulsadas por el sistema mucociliar;

esto no es posible en las partículas depositadas en los pulmones o en los alveolos, pudiendo

permanecer en este último sitio hasta un año.

Muchas partículas poseen componentes solubles que pueden ser absorbidos por los tejidos donde

se depositan causando daños si son corrosivos o tóxicos. Entre los componentes tóxicos más

frecuentes se encuentran:

- Metales tóxicos: Existen varios metales que se sabe que están asociados con las partículas

atmosféricas y sus efectos tóxicos son conocidos.

El plomo es el metal contaminante del aire con un potencial de riesgo mayor; las

partículas atmosféricas que lo contienen proceden en su mayoría de la combustión de

gasolinas con plomo. Ha sido asociado a un incremento en plomo en la sangre de niños y

adultos. La exposición primaria se produce por la inhalación de partículas que lo

contienen, mientras que la secundaria se produce por la ingestión de alimentos

Antecedentes


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contaminados por partículas atmosféricas que lo contienen. En las personas el plomo

afecta a los eritrocitos y al sistema nervioso, a los tejidos blandos (hígado, riñones) y a

los huesos.

El mercurio es un metal muy tóxico, se acumula en el nervio óptico y puede producir tanto

insomnio como pérdida de memoria y trastornos severos de la personalidad. Los fetos y

los niños son más sensibles al envenenamiento por mercurio. La liberación de mercurio a

la atmósfera procede tanto de fuentes naturales como antropogénicas. La toxicidad de la

exposición depende de la cercanía a la fuente.

El cadmio y arsénico, cuando es inhalado en altas concentraciones, puede producir daños

severos en el pulmón y el riñón, siendo su efecto es además acumulativo.

De todos los metales tóxicos, solo el plomo ha estado presente en la atmósfera urbana,

aunque ha disminuido considerablemente a raíz del uso progresivo de gasolina sin plomo.

El resto de los metales solo aparecen en concentraciones elevadas cerca de la fuente.

- Dióxido de azufre y ácido sulfúrico/ sulfatos:

Las evidencias epidemiológicas relativas a la toxicidad de estos compuestos son complicadas

debido a que generalmente aparece la materia particulada junto con otros contaminantes. Sin

embargo, está claro que una alta concentración de materia particulada total con altas cantidades

de óxido de azufre, puede producir desde mareos hasta la muerte. Asociados a los episodios de

contaminación atmosférica, se ha observado un aumento de la morbilidad y de la mortalidad.

Muchas evidencias sugieren que los aerosoles de sulfato contribuyen a los efectos sobre la salud

de la contaminación atmosférica, originan una disminución de la capacidad de difusión del

monóxido de carbono y causan alteraciones en la mucosa bronquial. Como es un ácido fuerte

cabría pensar que tuviese un gran poder irritante sobre el aparato respiratorio, sin embargo, esto

no es así debido a la presencia de amonio en el tracto respiratorio que hace que todo el ácido

sulfúrico inhalado o gran parte de él, pueda ser neutralizado antes de entrar en contacto con la

mucosa.

- El vapor de ácido nítrico y las partículas de nitratos

Las partículas procedentes del óxido nítrico tienen un efecto análogo a las partículas de sulfato

del dióxido de azufre. Además tanto el vapor de ácido nítrico como las partículas de nitrato

Antecedentes


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pueden ser un componente importante de la lluvia ácida teniendo efectos significativos sobre la

salud.

- Otras partículas:

En el aerosol atmosférico existe un gran número de partículas de otro tipo que contribuyen al

impacto sobre la salud, por ejemplo, los cigarros también producen partículas de tamaño

pequeño procedente de la pirolisis que se depositan en los pulmones de los fumadores y se sabe

que son cancerígenas.

La exposición a las partículas atmosféricas ocurre generalmente acompañada por la exposición a

otros contaminantes. Hay que tener siempre presente que un contaminante puede modificar el

efecto de otro.

Las partículas pueden además interaccionar con otros contaminantes atmosféricos, por absorción

de contaminantes gaseosos o reacciones químicas en su superficie. Estos procesos pueden

modificar las partículas y convertirlas en otras más o menos peligrosas que las originales.

Por ejemplo, es frecuente que la contaminación atmosférica por partículas coincida con la

contaminación por óxidos de azufre, por lo que sería deseable evaluar el efecto sobre la salud de

estos contaminantes conjuntamente, como se muestra a continuación.

Una contaminación alta de partículas y SO2 provoca enfermedades respiratorias severas como

bronquitis y enfisemas. Los efectos son más evidentes en los ancianos y en los niños, así como

en las personas enfermas.

Se sabe que el vivir en grandes ciudades está asociado con una mayor incidencia de cáncer, y

algunos de los compuestos mutagénicos pueden ser encontrados en las partículas, lo cual sugiere

que éstas, puedan ser en algún grado carcinogénicas.

Por tanto, la partícula inhalada puede ejercer un efecto adverso sobre la salud, bien por daño

local al tejido por una partícula insoluble que se deposita en los pulmones, o bien, a través de la

disolución y absorción de los componentes tóxicos de la misma.

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4.2 Efectos sobre la vegetación

Las partículas atmosféricas pueden causar daños a la vegetación. El tipo de daño que ocasionan

depende del tamaño de la partícula, de la composición y de la cantidad de concentración en el

aire ambiente.

Cantidad: Un depósito excesivo de partículas de polvo, como el producido, por ejemplo, por las

cementeras, puede originar una capa o película sobre las hojas, tallos y flores de las plantas, y si

existe humedad, la existencia de esta capa que no se dé la fotosíntesis. Los estomas de las hojas

pueden llegar a obstruirse si están en la parte superior.

Composición química: El polvo puede además causar daños directos sobre las hojas y las flores.

Las partículas que contienen fluoruros, oxido de magnesio y hollín pueden llegar a causar daños

directos.

De entre los distintos componentes de las partículas, son los que contienen dióxidos de azufre los

más peligrosos debido a la gran toxicidad que tienen para la vegetación. El daño se produce por

exposición a altas concentraciones durante períodos cortos o bien por exposición a

concentraciones relativamente bajas durante largos períodos. Las nieblas de ácido sulfúrico

producen en las hojas manchas debido al depósito de ácido sobre las mismas cuando están

humedecidas.

Las partículas que contienen flúor o sus derivados también son tóxicas para las plantas a muy

bajas concentraciones, además presentan un efecto acumulativo.

La materia particulada fina es el principal convector de ácido en la atmósfera. La lluvia ácida

contiene ácido sulfúrico, nítrico e hidroclorhídrico y puede inhibir severamente el crecimiento y

afectar la salud de los vegetales, tanto por contacto directo como por acidificación del suelo.

4.3 Daños sobre los materiales

En este terreno cada vez se está prestando más atención a los efectos de la contaminación

atmosférica, tanto por las repercusiones económicas que tiene, como por los daños irreparables

que causa sobre monumentos histórico-artísticos.

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La acción de los contaminantes atmosféricos sobre los materiales puede manifestarse tanto por la

sedimentación de partículas sobre la superficie de los mismos, deteriorando su aspecto externo,

como por el ataque químico al reaccionar el contaminante con el material.

Las nieblas de ácido sulfúrico procedentes de la conversión catalítica del SO2 a SO3 en la

atmósfera atacan los materiales de construcción como el mármol, la caliza y la argamasa,

convirtiendo los carbonatos en sulfatos solubles en el agua de lluvia. Esto, unido a que el

volumen de los sulfatos es mayor que el de los carbonatos, hace que en la piedra aparezcan

escamas y se debilite mecánicamente.

Los óxidos de azufre (SO) producen aceleración en la corrosión de metales como acero, acero

galvanizado, zinc, compuestos de cobre, níquel y aluminio. Esta aceleración se ve

considerablemente favorecida por la presencia de partículas depositadas.

Los daños sobre los materiales no se reducen sólo al ataque de los componentes químicamente

activos como los ácidos sulfúrico y nítrico, sino que también incluyen la acción disolvente de los

contaminantes gaseosos, incluidos los óxidos de azufre, óxido de nitrógeno, sulfuro de

hidrógeno, amonio y ozono. Los efectos, por tanto, pueden ser variados: corrosión de metales,

deterioro y decoloración de pinturas, erosión de piedra y albañilería, debilitamiento y rotura de

tejidos.

4.4 Efectos sobre los ecosistemas

Los efectos sobre los ecosistemas se deben principalmente a las lluvias ácidas, siendo las

partículas los principales convectores de ácido en la atmósfera.

Los primeros efectos producidos por las lluvias ácidas, se detectaron en unos lagos escandinavos

en los años sesenta. Hoy se sabe que este problema afecta a gran cantidad de lagos de Europa,

Canadá y E.E.U.U., originando graves problemas en la biología acuática al afectar a todos los

niveles de la cadena trófica.

4.5 Efectos sobre la visibilidad

La absorción y dispersión de la luz por las partículas de aerosol causa un descenso de la

visibilidad y una disminución de la intensidad de luz que llega a la tierra. Se ha estimado que

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tanto refracción como absorción son responsables de la pérdida de la radiación en un 20% en

zonas rurales.

La presencia de partículas en la atmósfera produce la absorción y dispersión de la luz solar,

acompañados de una notable reducción de la visibilidad. Los aerosoles de tamaño comprendido

entre 1,4 y 0,8 µm son los que tienen un mayor influencia en la dispersión, debido a la

proximidad de su tamaño a la longitud de onda de la luz visible.

4.6 Efectos sobre el clima

Las partículas finas presentes en la atmósfera pueden tener efectos sobre el clima. Su acción

sobre la radiación solar es doble: por una parte difunden la luz incidente y por la otra, absorben

una parte de esta radiación, lo que produce un calentamiento de las partículas y la emisión de la

radiación infrarroja.

Los efectos atmosféricos dependen de la altitud a la que las partículas se encuentren. Las

situadas a baja altura disminuyen el flujo solar sobre el suelo, pero contribuyen a aumentar el

efecto invernadero. A más altura predomina el efecto de barrera solar produciendo enfriamiento

en la parte inferior de la atmósfera y calentamiento de la estratosfera. Las partículas pueden

causar también efectos indirectos actuando como núcleo de condensación de vapor de agua, el

cual, juega un importante papel en los cambios de temperatura.

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5. Control de la contaminación por partículas.

Los métodos para el control de la contaminación ambiental han experimentado un gran avance

tecnológico desde que se tomó conciencia en los países industrializados de la degradación del

entorno. Las técnicas tradicionales de análisis se han adaptado con más o menos fortuna y han

aparecido otras nuevas, dando lugar a nuevos enfoques y a la aparición de disciplinas cuyo fin es

el conocimiento del medio.

En lo referente a la contaminación atmosférica debido a contaminantes químicos, los métodos de

análisis y evaluación que se emplean en todo el mundo se reparten en los dos grandes campos

analíticos que son los análisis de gases y los análisis de partículas. La experiencia viene

demostrando que las partículas que teóricamente deberían ser fáciles de evaluar, encierran más

complicaciones de las que se podría esperar en principio, dificultando su seguimiento y control.

Existe un creciente interés por conocer el origen de las partículas atmosféricas así como la

contribución relativa de las principales fuentes de emisión, ya que ante un problema concreto, su

conocimiento resulta imprescindible para buscar soluciones al mismo.

Actualmente casi todos los métodos de medición de la concentración de partículas sólidas son

incapaces de discriminar el origen de estas, de tal forma que tanto las naturales como las

artificiales son evaluadas conjuntamente para establecer la calidad del aire, criterio que es

correcto si se consideran también a las partículas naturales como contaminantes. Pero se debe

tener en cuenta, independientemente de esta afirmación, que las de origen antropogénico son las

que el hombre tiene la posibilidad de controlar y de determinar su procedencia. En las otras, por

el momento, se sigue a merced de los fenómenos de la naturaleza, de aquí la importancia de

conocer que parte corresponde a cada cual en la totalidad de las partículas presentes en la

atmósfera con el fin de conseguir un aumento en la calidad del medio y establecer de antemano

si una minimización de las partículas artificiales tendría realmente efectos apreciables en el

entorno.

Como ejemplo de control de la contaminación por partículas es el implando por la Consejería de

Medio Ambiente de la Junta de Andalucía para la determinación de partículas. Son varias las

redes de partículas implantadas. La Agencia de Medio Ambiente y Agua de la Junta de

Andalucía, tiene la tarea de realizar las analíticas gravimétricas de las redes de de medida de PM

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10 y PM 2,5 y así como el posterior estudio de las partículas. Son varias las redes de partículas

implantadas en la actualidad, a continuación se describe de forma breve tres de estas redes.

5.1 Red de PM 10

Su finalidad es realizar una evaluación de las partículas de PM 10, de metales y de hidrocarburos

aromáticos policíclicos (HAP), en toda Andalucía. Para ello se han distribuido captadores de alto

volumen por toda Andalucía con el fin de muestrear las partículas de PM 10. Estos muestreos

deben realizarse tal y como se indica en el R.D. 102/2011, el cual indica que se debe muestrear el

14% del año, es decir unos 65 días del año. Los muestreos con estos captadores permiten

analizar los HAP y los metales de las partículas PM 10 tal y como se exigen en el real decreto

102 del año 2011.

En estos captadores se muestrean con filtros de 203 x 254 mm de sección rectangular, los cuales

debido a su gran tamaño, permiten con un solo muestreo, obtener los valores de los parámetros

de HAP y metales. La lista de los metales y los HAP de la Tabla.5‐1. Relación de contaminantes

a determinar en las partículas PM 10, indican cuales son los contaminantes a evaluar indicados

por el R.D. 102 del 2011.

Tabla.5-1. Relación de contaminantes a determinar en las partículas PM 10 HAP: Metales:

- Benzo (b) fluoranteno - Benzo (a) pireno

- Indeno (1,2,3-cd) pireno - Benzo (j) fluoranteno - Benzo (k) fluoranteno - Benzo (a) antraceno

- Dibenzo (a, h) antraceno - Indeno (1,2,3-cd) pireno

Arsénico Cadmio Níquel Plomo

Los captadores destinados para los muestreos de las partículas PM 10 están situados en las

estaciones de la red de vigilancia de la calidad del aire de la junta de Andalucía, RVCCA. En la

imagen que se muestra a continuación se puede apreciar la distribución de las estaciones por todo

el territorio Andaluz.

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Figura.5-1. Distribución de las cabinas de la Red de vigilancia y Control de la Contaminación del

Aire de la Consejería de Medio Ambiente de la Junta de Andalucía. (Imagen obtenida de la

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aplicación Google Earth).

5.2 Red de PM 2,5

La principal finalidad de esta red es determinar la concentración de partículas PM 2,5 en toda

Andalucía. Para el estudio, se programado la mayoría de los muestreos de forma secuencial cada

mes del año en la mayoría de los puntos de muestreo. Dichos muestreos, el transporte de

muestras y la conservación de las muestras se realiza como se indica la norma UNE-En

14907:2006. Se han distribuido captadores de PM 2,5 en Andalucía, ubicándolos en las cabinas

para la evaluación de calidad del aire de la Junta de Andalucía.

5.3 Red IME

Es el “Índice medio de exposición a la población de partículas PM 2,5”. Para realizar esta

determinación se han colocado 4 captadores tal y como se describe en el R.D. 102/2011 y se

realizan muestreos según la norma de PM 2,5 cada tres días. Esta red es de ámbito Europeo de

forma que se debe realizar este muestreo de forma sincronizada en toda Europa. Las

evaluaciones se irán realizando cada tres años hasta el año 2020.

El documento que rige los muestreos del IME indica que las ubicaciones en las que se ha de

situar los captadores destinados al muestreo, ha de ser un emplazamiento el cual no tuviese

cambios drásticos en sus alrededores hasta el año 2020. Teniendo en cuenta este factor, estos

captadores han sido ubicados en cabinas para la evaluación de la calidad del aire, en Sevilla, en

Córdoba, en Granada y en Málaga.

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6. Partículas captadas para la medida de calidad del aire

La contaminación de partículas por inmisión son aquellas que acompañan el flujo de los gases

que abandonan un foco de contaminación atmosférica. Para determinar el origen de las partículas

suspendidas en el aire hay que tener en cuenta una serie de factores, como son el transporte y

dispersión de las partículas desde el foco, el momento y lugar determinado en el que se realiza la

medida, y la sedimentación en función del tamaño de las mismas.

En función del tipo de evaluación a realizar, se ha de definir una estrategia y metodología del

muestreo, teniendo en cuenta algunos aspectos como:

- El número de puntos donde se realizará la toma de muestras.

-El tamaño de las partículas (permanencia en el aire).

- La composición química (características buscadas).

- La localización de los equipos y material para la toma.

- La existencia de focos diversos de contaminación de origen antropogénicos.

- La identificación de otros focos de emisión fugitiva y origen natural.

A diferencia de las emisiones, los contaminantes en inmisión se presentan en concentraciones

muy bajas, lo que hace necesario muestrear grandes cantidades de gas o prolongar los períodos

de muestreo.

En inmisión hay dos tipos de partículas las que sedimentan y las que se mantienen en suspensión.

(El decreto 151/2006 de la junta de Andalucía, es el que regula en Andalucía estas partículas).

• Para las partículas que sedimentan, puede ser suficiente disponer de un sistema de

recogida que facilite la deposición de partículas en un recipiente con superficie conocida

y que permita su recolección sin pérdidas por ráfagas fuertes de vientos o lluvia.

• Para las partículas en suspensión, se utilizan bombas de aspiración que permiten que se

filtre el aire succionado, permaneciendo las partículas retenidas en un soporte (platos de

colección, filtros, etc.). Así mismo es posible separarlas por tamaños mediante ciclones u

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otros medios de clasificación selectiva, esa separación permite obtener en los soportes de

muestreo las partículas totales, las PM 10 y las PM 2,5.

6.1 Determinación de partículas en inmisión

La medida de las inmisiones, teóricamente, es más compleja que la medida de las emisiones

debido a que implica numerosas fuentes de producción que contribuyen con sus aportes a la

atmósfera con diverso material particulado. Tanto las fuentes naturales como las antropogénicas

conforman esta compleja mezcla que incluye partículas procedentes del polvo, sales marinas,

fuegos forestales, volcanes, procesos industriales, etc.

Existen varios métodos para la evaluación de la inmisión, unos directos y otros indirectos.

Dentro de éstos se engloban los modelos matemáticos que permiten una primera aproximación,

destacando:

6.1.1 Modelos de dispersión.

Los modelos de dispersión, se basan en el estudio de la tasa de emisión y los factores de

dispersión para una fuente específica y calculan el impacto en el sitio receptor.

Son los medios convencionales de predecir el impacto ambiental de una fuente de emisión sobre

la calidad del aire.

Los modelos de dispersión establecen que la

contribución de una fuente j a un receptor Sj,

es el producto de una tasa de emisión Ej y un

factor de dispersión Dj

Sj=Dj.Ej

Las fórmulas de dispersión son generalmente clasificadas por la fórmula geométrica de la fuente

de emisión, dando lugar a expresiones para punto, línea y área de fuentes.

Una meta básica de calidad del aire es calcular el factor de dispersión para una geometría de

fuente dada, conociendo parámetros meteorológicos como dirección y velocidad del viento y

estabilidad atmosférica.

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Los modelos de dispersión se basan en inventarios de emisiones de contaminantes y el estudio de

su distribución posterior en la atmósfera. La ley de Gestión Integrada de la Calidad Ambiental,

Ley 7/2007, de 9 de Julio, indica la obligación de hacer estos estudios.

6.1.2 Modelos de receptor

Los modelos de receptor comienzan con el estudio de las características del aerosol en el sitio

receptor y después calculan la contribución específica de un tipo de fuente. Las características

medibles incluyen tamaño de partícula, morfología, distribución de tamaño de las partículas de la

masa, identificación de sus componentes (orgánicos, inorgánicos y radioactivos) y composición

química. Aunque la mayoría de estas características pueden ser utilizadas para investigar los

distintos tipos de fuentes, los únicos parámetros que pueden ser usados para determinar

cuantitativamente la contribución de una fuente a los niveles de partículas del aíre, son la

concentración de componentes o el número de partículas de cada tipo específico y de cada

tamaño.

Los modelos de receptor están basados en la comparación de las características del aerosol

ambiental con las características del aerosol de la fuente de emisión. Parten, por tanto, del

conocimiento de la composición química de las partículas en el sitio receptor y en las posibles

fuentes, llegando a determinar la contribución de cada fuente específica.

Los modelos de dispersión pueden ser químicos o microscópicos, en este trabajo solo se

mencionarán los correspondientes a los químicos.

Modelos de dispersión Químicos:

Los modelos de dispersión químicos, a su vez pueden ser subdivididos en cinco subgrupos.

Todos estos modelos requieren el conocimiento de la composición química tanto del aerosol

como de las posibles fuentes. Tienen el inconveniente de que resulta difícil la resolución de

fuentes con similares características químicas.

a) Balance Químico Elemental

El método de balance Químico Elemental asume que la masa del aerosol se conserva en el

tiempo. Es decir, una especie química que es emitida desde su fuente, al cabo de un tiempo es

medida en el receptor

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Los métodos de balance químico elemental consideran que la composición química de las

partículas en el punto receptor es una combinación lineal de las concentraciones en las partículas

en la fuente de emisión.

b) Modelos Multivariantes

Extraen información sobre la contribución de una fuente, basándose en la varianza de los

elementos medidos en un gran número de filtros. Si dos o más elementos se originan en la misma

fuente, su varianza como función del tiempo, medida en el mismo receptor, será similar. Utilizan

por tanto la información contenida en las correlaciones e interacciones entre elementos, para

generar un conjunto de factores que puedan ser interpretados como indicativos de los distintos

tipos de fuentes de partículas

c) Factor de Enriquecimiento

En los modelos de factor de enriquecimiento se establece que existe algún elemento en el aerosol

ambiental que es producido casi exclusivamente por la contaminación natural de fondo. Esto es,

Factor de enriquecimiento= (Ck /Cr)muestra/ (Ck /Cr)fondo

‐ Cr: la normalización del elemento característico de la contaminación de fondo

‐ Ck: es el elemento cuyo enriquecimiento va a ser determinado

Los elementos con factor de enriquecimiento mayor que uno, indican la existencia de fuentes

locales que emiten a la atmósfera dicho elemento.

Estos modelos son muy sencillos, ya que sólo se requiere un conocimiento rudimentario de la

composición química de dichas fuentes para hacer posible la asignación.

d) Series Temporales

Las concentraciones de las especies químicas originadas en una misma fuente tienen una

evolución similar en el tiempo cuando se miden en un mismo punto receptor.

La dispersión atmosférica influye considerablemente en la evolución en el tiempo de los niveles

de contaminación por partículas. Así, por ejemplo, en condiciones de estabilidad térmica y con

una baja velocidad de viento, es previsible un aumento en general de las concentraciones de los

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constituyentes de la materia particulada; de forma análoga, cabe esperar una disminución de los

niveles de contaminación con la presencia de lluvias y fuertes vientos. Para minimizar el impacto

de las condiciones de dispersión, se han propuesto normalizaciones de los resultados.

Estudios de períodos cortos basados en informaciones horarias proporcionan información sobre

fuentes variables en cortos períodos como calefacciones de casas, tráfico, procesos industriales,

etc. Períodos largos de estudio pueden mostrar fácilmente el impacto de la estacionalidad y de

las medidas de control, pero no proporcionan determinaciones cuantitativas de tipos de fuentes

específicas.

Los estudios de series temporales no permiten una estimación cuantitativa de la contribución de

los distintos tipos de fuentes.

e) Modelos de Distribución Espacial.

En estos modelos se comparan las concentraciones de diversos elementos de muestras tomadas

en un mismo periodo de tiempo, en puntos receptores diferentes. La información sobre la

contribución de las fuentes se obtiene a partir del estudio conjunto de la distribución espacial de

elementos y de la localización y composición química de las fuentes conocidas de emisión.

6.1.3 Captadores de partículas en suspensión.

Existen una gran variedad de aparatos para medir las partículas suspendidas en el aire, que

emplean diversos sistemas que cubren cualquier necesidad. Suelen clasificarse según el caudal

de aspiración, según el método de análisis, según el tipo de cabezal empleado, etc.

a) Captadores de alto/medio volumen.

Son aquellos captadores que emplean volúmenes de aspiración que van normalmente desde 20

m3 a 90 m3. Se emplean para atmósferas poco cargadas de partículas o bien para conseguir

tiempos cortos de muestreo. En la Figura siguiente se puede ver un captador de este tipo que

puede emplear distintos cabezales.

Antecedentes


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Figura.6-1. Ejemplo de funcionamiento de captador de partículas

b) Captadores de bajo volumen.

Los caudales de aspiración que emplean están por debajo de 20m3. Se utilizan para períodos

largos de muestreo o en atmósferas muy cargadas. Existen captadores de este tipo que simulan la

respiración humana. Actualmente en el mercado los hay que permiten el muestreo secuencial y

los que no lo permiten.

Figura.6-2. Captadores de bajo volumen.

c) Analizadores gravimétricos.

Emplean como medio de evaluación de concentración de partículas la pesada directa sobre una

balanza.

Antecedentes


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Figura.6-3. Analizador Gravimétrico

d) Analizadores nefelométricos.

Están basados en la comparación de una escala de grises con la muestra aspirada, extrapolando el

dato en valores de concentración.

e) Captadores de radiación Beta.

Evalúan la concentración de partículas basándose en la atenuación que presenta un haz de

radiación β al pasar por un filtro de fibra donde se aspira un volumen de aire conocido. Siendo

proporcional el nivel de radiación absorbida con la cantidad de partículas que quedan retenidas

en el filtro.

Estos aparatos junto con los nefelométricos están indicados para la medida de la inmisión en

continuo y se prestan fácilmente para la trasmisión y tratamiento automáticos de los datos de

medidas de partículas.

f) Captadores con cabezales.

Independientemente del caudal de aspiración y del sistema de análisis que empleen, los

captadores pueden contar con sistemas que establezcan o no el diámetro de corte (o tamaño

aerodinámico equivalente), y evalúen una determinada población de partículas en suspensión.

Antecedentes


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Así podemos encontrar aparatos con cabezales PM-10 (que recolectan las partículas menores de

10 PM), no PM-10 (sin cabezal limitador), PM-2 (que captan las menores de 2µm), etc., llegando

a los más sofisticados como son los captadores de polen y los de etapas múltiples que separan

simultáneamente diversos tamaños de partículas.

En la fotografía se puede observar un captador de alto volumen, con cabezal PM-10, que emplea

un separador de haz tubular que permite que las partículas mayores de 10 µm queden retenidas

en un lecho de silicona gracias al efecto de deposición inercial y las menores pasen a un filtro de

fibra de vidrio, de cuarzo o de celulosa.

Figura.6-4. Captador de alto volumen.

Antecedentes


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7. Legislación aplicable

7.1 Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire.

Este real decreto viene como transposición de la directiva europea conocida como la directiva

CAFÉ, DIRECTIVA 2008/50/CE DEL PARLAMENTO EUROPEO Y DEL CONSEJO de 21

de mayo de 2008 relativa a la calidad del aire ambiente y a una atmósfera más limpia en Europa

que ha venido a modificar el anterior marco regulatorio comunitario, sustituyendo la Directiva

Marco y las tres primeras Directivas:

‐ La Directiva 96/62/CE del Consejo, de 27 de septiembre de 1996, sobre evaluación y

gestión de la calidad del aire, también conocida como Directiva Marco.

‐ Directiva 1999/30/CE del Consejo, de 22 de abril de 1999, relativa a los valores límite de

dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno y óxidos de nitrógeno, partículas y plomo en el

aire ambiente, modificada por la Decisión de la Comisión 2001/744/CE, de 17 de

octubre;

‐ Directiva 2000/69/CE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 16 de noviembre de

2000, sobre los valores límite para el benceno y el monóxido de carbono en el aire

ambiente;

‐ Directiva 2002/3/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 12 de febrero de 2002

relativa al ozono en el aire ambiente;

‐ Directiva 2004/107/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 15 de diciembre de

2004 relativa al arsénico, el cadmio, el mercurio, el níquel y los hidrocarburos aromáticos

policíclicos en el aire ambiente.

Además de las sustituciones anteriores, el RD 102/2011, también introduce regulaciones para

nuevos contaminantes, como las partículas de tamaño inferior a 2,5 micrómetros, y nuevos

requisitos en cuanto a la evaluación y la gestión de la calidad del aire ambiente. Ello hace

necesario incorporar al derecho interno estas novedades.

El Real decreto 102/2011, acoge la legislación que estaba vigente hasta el momento en un solo

documento no variando los criterios establecidos para las partículas PM 10 y para las partículas

PM 2,5, como se resume a continuación:

Antecedentes


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Se definen las actuaciones a realizar por todas las administraciones públicas implicadas en la

gestión de la calidad del aire. Por otra parte, y para cada uno de los contaminantes, excepto el

amoniaco, establece objetivos de calidad del aire que han de alcanzarse, mediante una

planificación y una toma de medidas adecuada, en las fechas que se fijan con la determinación de

los correspondientes valores límite u objetivo. Igualmente fija los métodos y criterios comunes

para realizar la evaluación de la calidad del aire que, dependiendo de los niveles de los

contaminantes, deberá realizarse mediante mediciones, una combinación de mediciones y

modelización o solamente modelización y, en función de los resultados obtenidos en esta

evaluación, fija los criterios de gestión para lograr el mantenimiento de la calidad del aire o su

mejora cuando sea precisa, conforme a los planes de actuación que al respecto se adopten,

incluyendo, asimismo, las medidas más severas previstas para los episodios en que puedan ser

superados los umbrales de alerta o información fijados.

7.1.1 ANEXO VII del R.D 102/2011

En el Anexo VII del Real Decreto 102/2011, se indican cuales son los métodos de referencia

para la medida de los diferentes compuestos, a continuación:

-Métodos de referencia para la evaluación de las concentraciones de dióxido de azufre, dióxido

de nitrógeno y óxidos de nitrógeno, partículas (PM10 y PM2,5), plomo, benceno, monóxido de

carbono, ozono, arsénico, cadmio, mercurio, níquel e hidrocarburos aromáticos policíclicos

(HAP) (artículos 3.2, 7 y 11)

-Método de referencia para la toma de muestras y la medición de plomo

El método de referencia para la toma de muestras de plomo es el que se describe en la sección A,

apartado 4, del presente anexo. El método de referencia para la medición de plomo es el que se

describe en la norma UNE-EN 14902:2006 «Calidad del aire ambiente-Método normalizado para

la medida de Pb, Cd, As y Ni en la fracción PM10 de la materia particulada en suspensión».

-Método de referencia para la toma de muestras y la medición de PM10

Antecedentes


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El método de referencia para la toma de muestras y la medición de PM10 es el que se describe en

la norma UNE-EN 12341:1999 «Calidad del aire-Determinación de la fracción PM10 de la

materia particulada en suspensión-Método de referencia y procedimiento de ensayo de campo

para demostrar la equivalencia de los métodos de medida al de referencia».

-Método de referencia para la toma de muestras y la medición de PM 2,5

El método de referencia para la toma de muestras y la medición de PM 2,5 es el que se describe

en la norma UNE-EN 14907:2006 «Calidad del aire ambiente-Método gravimétrico de medida

para la determinación de la fracción másica PM2,5 de la materia particulada en suspensión».

7.1.2 Anexo I del R.D 102/2011

En el Anexo I del Real Decreto 102/2011 se indican los objetivos de calidad del aire para los distintos contaminantes, coincidiendo con los marcados por la legislación anterior.

El Real decreto 1073/2002, de 18 de octubre, sobre evaluación y gestión de la calidad del aire

ambiente en relación con el dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, óxidos de nitrógeno,

partículas, plomo, benceno y monóxido de carbono, dictaba para partículas PM 10:AnexoII, Fase

I, los valores se muestran en la siguiente tabla.

Tabla.7-1.Valores objetivo y límite de las partículas PM 10 en condiciones ambientales para la protección de la salud.

Período de promedio

Valor límite Margen de tolerancia

Fecha de cumplimiento del valor límite

1. Valor límite diario.

24 horas. 50 µg/m3, que no podrán superarse en más de 35 ocasiones por año.

50% (1). En vigor desde el 1 de enero de 2005 (2).

2. Valor límite anual.

1 año civil. 40 µg/m3 20% (1). En vigor desde el 1 de enero de 2005 (2).

(1) Aplicable solo mientras esté en vigor la exención de cumplimiento de los valores límite concedido de acuerdo con el

artículo 23. (2) En las zonas en las que se haya concedido exención de cumplimiento, de acuerdo con el artículo 23, 11 de junio de 2011.

- Valor límite diario para la protección de la salud humana, durante 24 horas, el valor límite, es

de 50 µg/m3 de PM 10 que no podrán superar en más de 7 ocasiones por año. Este valor ha de

cumplirse desde el 1 de enero del año 2010.

Antecedentes


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- Valor límite anual para la protección de la salud humana, durante un año civil, el valor límite,

es de 20 µg/m3 de PM 10. Este valor ha de cumplirse desde el 1 de enero del año 2010.

Otro contaminante que también nos marca este Real Decreto es el plomo y que también se puede

determinar con las partículas realizándoles un posterior análisis químico a los filtros que han

retenido las partículas. En el Anexo IV tenemos los valores límites de plomo en condiciones

ambientales:

- Valor límite anual para la protección de la salud humana, durante un año civil, el valor límite,

es de 0,5 µg/m3 de Pb. Este valor ha de cumplirse desde el 1 de enero del año 2005, para el caso

de las inmediaciones de las zonas industriales específicas serían aplicables a partir del 1 de enero

del 2010. Los valores indicados en el decreto para PM 2,5 se muestran en la siguiente tabla.

Tabla.7-2.Valores objetivo y límite de las partículas PM 2,5 en condiciones ambientales para la protección de la salud

Período de promedio

Valor Margen de tolerancia Fecha de cumplimiento del valor límite

Valor objetivo anual.

1 año civil. 25 µg/m3

– En vigor desde el 1 de enero de 2010.

Valor límite anual (fase I).


20% el 11 de junio de 2008, que se reducirá el 1 de enero siguiente y, en lo sucesivo, cada 12 meses, en porcentajes idénticos anuales hasta alcanzar un 0% el 1 de enero de 2015, estableciéndose los siguientes valores:

5 µg/m3 en 2008; 4 µg/m3 en 2009 y 2010; 3 µg/m3 en 2011; 2 µg/m3 en 2012; 1 µg/m3 en 2013 y 2014

1 de enero de 2015.

Valor límite anual (fase II) (1).


– 1 de enero de 2020.

(1) Valor límite indicativo que deberá ratificarse como valor límite en 2013 a la luz de una

mayor información acerca de los efectos sobre la salud y el medio ambiente, la viabilidad técnica

y la experiencia obtenida con el valor objetivo en los Estados Miembros de la Unión Europea.

Antecedentes


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7.2 Decreto 151/2006, de 25 de Julio, de la Junta de Andalucía.

El decreto 151/2006, de 25 de Julio, de la Junta de Andalucía establece los valores límites y la

metodología a aplicar en el control de las emisiones no canalizadas de partículas por actividades

potencialmente contaminadoras de la atmósfera.

Valores límites a aplicar:

- Partículas totales en suspensión (valor medio de 24 horas): 150 µg/m3.

- Partículas sedimentables (valor medio del periodo de muestreo): 300mg/m2 por día.

Basándonos en lo anterior, se hace necesaria la medida del material particulado en el aire

ambiente. Estas medidas han de realizarse en las zonas y con la frecuencia indicada en el Real

Decreto 102/2011.

Para la realización de las medidas, cada comunidad autónoma tiene sus puntos de muestreos y en

concreto Andalucía los tiene gestionados por la Consejería de Medio Ambiente (CMA),

llamados “Red de vigilancia de la contaminación ambiental”. Esta red está formada por una serie

de cabinas equipadas con los equipos necesarios para poder realizar las medidas (toma de

muestra) de partículas en suspensión al igual que otros contaminantes. Además de la red de

vigilancia, en Andalucía se dispone de las Unidades Móviles de Inmisión (UMI), las cuales se

colocan en las diferentes localidades según la necesidad de realizar dichas medidas, de partículas

o de los contaminantes que se crean oportunos.

Antecedentes


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MATERIALES Y MÉTODOS

Materiales y métodos Trabajo Fin de Máster TQA

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8. GENERALIDADES

El análisis gravimétrico es un proceso físico de medida; este tipo de proceso no consta

de varias etapas, sino que son más directos, siendo la medida instrumental la etapa clave

(en muchas ocasiones la etapa única).

La gravimetría es un método primario de medida en el S.I. El empleo de un método de

medida primario da como resultado un valor de una cantidad desconocida sin referencia

a un estándar de esa misma cantidad, es decir, no se necesita la señal proporcionada por

un estándar real que contenga el analito (mesurando). Así en gravimetría no se utilizan

estándares químico-analíticos.

La cantidad de partículas se cuantifica mediante análisis gravimétrico, en el caso de la

medición de la calidad del aire, las partículas en suspensión se recogen sobre un filtro

mediante alguno de los captadores indicados en el apartado 9.2 “Tipos de equipos” y se

determinan gravimétricamente. En cambio, para la medición de las partículas en

emisiones, las partículas se extraen isocinéticamente del foco emisor y se determinan

gravimétricamente después de eliminar el agua combinada.

La determinación de partículas en los filtros que proceden de la medida de inmisiones y

de la de emisión, se deben analizar según el procedimiento que se indique en la

legislación vigente, en este caso según el Real Decreto 102 del año 2011. En este

documento nos centraremos en la determinación de partículas por inmisión o calidad del

aire ambiente, las cuales se analizan según el procedimiento indicado en la norma UNE-

EN 12341:1999 para la determinación de PM 10, en la UNE-EN 14907:2006 para la

determinación de PM 2,5 y en el Decreto 151 de la Junta de Andalucía, en donde se

recogen las definiciones, los modos de operación y cálculos necesarios para la

determinación del tipo de partícula en los soportes de muestreo. No en todas los

documentos de referencia para la determinación se indican datos acerca de cuál es el

valor indicado o necesario para considerar a un filtro constante, es decir, lo que

entendemos como el criterio de aceptación y de rechazo. No obstante, este criterio se

establece en función del tipo de filtros por lo que se entiende que debe ser el mismo

tanto por un método como por el otro, en tal caso se escoge siempre el más estricto y es

el que se aplica al resto de los procesos de determinación.


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9. MATERIALES EMPLEADOS

Para la determinación de partículas no se requiere gran cantidad de equipos, pero si es

necesario que dichos equipos estén controlados según se indica en la UNE- EN ISO/IEC

17025: 2005.

El tipo de soporte de muestreo, el tipo de equipo con el que se realiza el análisis, la sala

donde se acondicionan las muestras, son algunos de los materiales y equipos necesarios

para poder realizar la determinación analítica según los requerimientos de las normas a

seguir. El material empleado, las condiciones ambientales y el modo de empleo para la

realización del análisis deben ser las especificadas por las normas de referencia y

decreto.

9.1 Tipos de filtros.

Existe una gran variedad de tipos de filtros para la realización de las medidas según las

normas indicadas. Estos tipos de filtros varían en función de sus características físicas y

químicas, ambas cruciales a la hora de escoger el material adecuado para la realización

del muestreo ya que según el equipo que se escoja para la realización del muestreo y los

requerimientos tras el muestreo, será un tipo de filtro u otro el idóneo. En caso de que se

requiera hacer un posterior análisis químico a las partículas para la determinación de

metales como se indica en el Real Decreto 102 del 2011 por el cual se ha de medir As,

Cd, Ni, y Pb se debiera suministrar filtros de cuarzo de alta pureza. Ocurre lo mismo en

el caso de los filtros que sean destinados al posterior análisis de Hidrocarburos

Aromáticos Policíclicos (HAP).

Es importante que estos filtros sean homogéneos en su composición, ya que el

laboratorio de análisis debe hacer controles de blancos para ver la composición de estos

filtros, obteniendo resultados de metales y de HAP muy por debajo de los límites

establecidos por la legislación. Al hacer estas pruebas de análisis de blancos de forma

usual se puede evaluar que los valores de los metales y de HAP se mantienen con

respecto a los demás resultados obtenidos de blancos siendo homogéneos los soportes

de muestreo y cumplen las especificaciones del fabricante.


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El tamaño de los filtros es muy variado, principalmente depende del equipo y de la

norma, ya que hay equipos que están preparados para la realización del muestreo según

la de PM 2,5 con filtros cuadrados de 203 x 254 mm y en cambio la norma no lo

permite.

Los tamaños de filtros que permiten los documentos de referencia son los que se

encuentran en la Tabla.9-1. Tipos de soportes de muestreo en función de la norma.

Estos son los que se emplean en el laboratorio, aunque hay casos en los que es necesario

aplicar un tipo distinto de soporte de muestro aplicando esa norma, en tal caso a pesar

de aplicar las mismas metodología en el ensayo, el resultado obtenido quedaría fuera del

alcance de acreditación.

Tabla.9-1. Tipos de soportes de muestreo en función de la norma. Tipo de determinación

Noma Tamaños de filtros

PM 10 UNE-EN 12341: 1999 203 x 254 mm sección cuadrada

47 mm diámetro sección circular

PM 2,5 UNE-EN 14907: 2006 47 mm diámetro sección circular


Partículas totales en suspensión.

Decreto 151 de la Junta de Andalucía, Anexo II.


Cabría indicar que hay equipos, como son los de la casa Digitel, que están

preparados para medir en 150 mm de diámetro las partículas de PM 10, aunque no es lo

que indica la norma correspondiente, el distribuidor y fabricante indica que el equipo

tiene la demostración de equivalencia la cual está disponible en la red, y que están

homologados. Estos son de los pocos equipos que hay en el mercado que a pesar de no

regirse exactamente por lo que se indica en la norma poseen una demostración de que

funcionan. En la norma de PM 10 se indica la forma de toma de muestra y análisis de

las partículas PM 10, en ella también indica la metodología a emplear para la

demostración de equivalencia de los métodos de medida alternativos al de referencia

indicado en la misma norma. En tal caso nuestro laboratorio si se adquieren equipos de

PM 10 en filtros de 150 mm de diámetro, debería validar el método de determinación de

partículas para estos soportes de muestreo.

Los filtros que se usan y que se permite en las normas son los de cuarzo principalmente

aunque hay casos en los que se usa vidrio. El teflón es otro material apto para la toma de


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muestra de partículas aunque no se empleen en este laboratorio. Un factor importante a

la hora de la elección de los filtros desde el punto de vista físico es que cumplan las

especificaciones de las normas por las que se rige la toma de muestra en calidad del aire

de PM 10, PM 2,5 y PTS; en ellas se especifican las características físicas que deben

cumplir los filtros como son las de PM 2,5 y la de PTS según el Decreto 151/2006 de la

Junta de Andalucía.

Las exigencias de PTS son menos estrictas en cuanto al tipo de filtro que la de PM 2,5,

no obstante es recomendable trabajar siempre con el mismo tipo de filtros para evitar

posibles confusiones. Las exigencias en cuanto a las características físicas indicadas en

la norma de UNE-EN 14907:2006 referente a los filtros usados para el muestreo de PM

2,5 independiente del tamaño e independientemente de que se use micro fibra de cuarzo

o microfibra de vidrio de esta norma en cuanto al tipo de filtros son las que se citan a

continuación:

“En concreto los filtros deben tener una eficiencia de separación de al menos 99.5%

para un diámetro aerodinámico de 0,3 µm. El cumplimiento de éste requisito es

indispensable, el no cumplimiento será motivo de desestimación de la oferta. Se

recomienda que los fabricantes de los filtros determinen la eficiencia de separación del

filtro, de acuerdo con los métodos normalizados, tales como las normas EN 13274-7[4]

o EN 1822-1[5]”.

En cuanto características físicas recogidas en el Decreto 151:2006 de la Junta de

Andalucía Anexo II se indica que pueden ser filtro de fibra de vidrio, situación válida

para la toma de muestras ambientales; en el caso de que la muestra esté destinada

además a una posterior caracterización química, el filtro utilizado para los muestreos

deberá ser de fibra de cuarzo. En ambos casos, en lo que respecta a los filtros, se deben

cumplir que la capacidad de retención será al menos del 99%, para partículas de tamaño

de 0,3 µm, calculada según el método DOP de la norma ASTM 2986. Como se puede

observar estas exigencias son menores que las que indican en la norma de PM 2,5, y

como se ha mencionado anteriormente se pretende optimizar marcado un solo criterio.

Por ello se establece como criterio para la adquisición de filtros en el laboratorio el más

estricto, el cual es el indicado en la norma de PM 2,5.

La forma de toma de muestra hace que las partículas se depositen en la estructura de la

fibra del filtro o de cuarzo, para la partículas PM 10 y PM 2,5, cuando las muestras se


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recepcionan con una cantidad de partículas baja se puede apreciar que éstas no se

escapan en la manipulación, en cambio en los filtros que han sido usados para PTS, se

aprecia que estos si tienen las partículas fuera de la estructura del filtro, de forma que

hay que manipularlos (en el transporte, la recogida y puesta de la muestra en el captador

o el análisis gravimétrico) con especial cuidado para evitar la posible pérdida de

partícula.

Dentro del mismo tipo de filtro existen diferentes fabricantes, por ello hay que tener

especial cuidado con el filtro que se adquiere, ya que no todas cumplen las

especificaciones que indican en sus características técnicas, por lo que se recomienda

exigir un estudio de un laboratorio externo a la marca para corroborar las

especificaciones indicadas en las normas.

9.2 Tipos de equipos

En este apartado se estudiarán los distintos tipos de equipos que se utilizan durante el

proceso de análisis.

9.2.1 Toma de muestra

En función del tipo de partícula a determinar, se deberá realizar una selección del tipo

de equipo que se necesita para poder realizarla dentro del ámbito de la legislación que

marca que ha de usarse para cada tipo de toma de muestra una normativa específica.

Para la determinación de PM 10, en el R.D102/2011 se indica que ha de seguirse la

Norma UNE-EN 12341:1999, según esta norma hay dos tipos de equipos indicados para

la toma de muestra. Estos serían un equipo de alto volumen, el cual trabaja a 68 m3/h,

durante 24 h con un error de ±1h, en este captador se aloja un filtro de tamaño

rectangular de 203 x 254 mm, ya sea de microfibra de vidrio o de microfibra de cuarzo.

En el caso de que escogiese el filtro de cuarzo sería ideal el sistema para la

determinación de metales y de HAP, ya que es lo suficientemente grande como para

poder realizar ambas analíticas con un muestreo, optimizado el sistema de toma de

muestra. Por otro lado existe el inconveniente de que aun no existe en el mercado un

dispositivo de toma de muestra secuencial para este tipo de filtro y con este caudal. En

la norma de PM 10 mencionada con anterioridad, también se indica que puede usar un

equipo que trabaje a 2,3 m3/h durante 24 h y con un error también de ±1h, estos equipos


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suelen tener alojados dentro unos filtros circulares de 47 mm de diámetro. Con estos

equipos, debido al pequeño tamaño del soporte de muestreo, se han conseguido

robotizar el sistema de toma de muestra permitiendo que sean secuenciales los

muestreos de forma mecánica si necesidad de tener que realizar el operario el cambio de

filtro de forma manual como ocurre con el anterior dispositivo. La norma de UNE-EN

14907:2006 también indica que ha de usarse dos equipos uno de ellos es el descrito para

bajo caudal de 2,3 m3/h, y el otro equipo es el que trabaja a 30 m3/h y con error de ±1h,

el cual usa un filtro circular de 150 mm de diámetro. Esos filtros, al ser mayores que los

del otro equipo, permiten una mayor capacidad de captación de partículas, lo cual es

favorable para el estudio de las misma para caracterizaciones determinaciones de los

metales o de HAP en los diversos estudios a los que se destinen estos equipos. Esta

norma, la de PM 2,5, es más estricta en cuanto al tratamiento del soporte de muestreo ya

que especifica la forma de conservación y los tiempos de conservación. No se indica

explícitamente el tamaño del filtro a emplear, pero si el tamaño de superficie en la cual

se han de depositar las partículas debería ser para bajo volumen entre 34 y 41 mm de

diámetro y para alto volumen entre 135 y 143 mm de diámetro, a efectos prácticos son

los tipos de filtros indicados. En cuanto a la determinación de partículas totales en

suspensión siguiendo el Decreto 151 del 2006 de la Junta de Andalucía, se indica que el

tipo de equipo que ha de usarse es el de 24 m3/h, con muestreos de 24h, también con un

error de ±1h, y con filtro de 150 mm de diámetro. Para determinación de estas partículas

se pueden usar los equipos mencionados anteriormente en el cual habría que realizar

una sustitución del cabezal ubicando el apropiado para este fin. Los cabezales han de

cumplir las especificaciones de la norma para conseguir, con la discriminación que

realizan, la partícula destinada a evaluar. En función del fabricante se diseña un cabezal

u otro de forma que no sean compatibles estos cabezales con otros equipos de diferente

marca, con el fin de tener la exclusividad. A continuación se muestran una serie de

imágenes, en las cuales se aprecian algunos de los diferentes equipos de toma de

muestra de partículas en suspensión existentes actualmente en el mercado y se emplean

en el laboratorio.


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Figura.9-1 Captador de Alto volumen de PM 10

Figura.9-2. Captador de bajo volumen para determinación de PM 10 y PM 2,5

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Figura.9-6. Captador de no secuencial de bajo volumen para PM 10 y PM 2,5

Figura.9-7. Captador de alto volumen con cabezal de PM 2,5 para filtros de 150mm y

son no secuenciales

En las normas de referencia se indica el tipo de equipos que se han de usar para la

determinación de los parámetros indicados, pero existen en el mercado una serie de

variantes que no se rigen exactamente por las especificaciones de la norma y aunque el

fabricante indique que el equipo está homologado para la realización de la

determinación no es cierto en la mayoría de los casos, pasando a ser una medida

indicativa el valor obtenido por estos equipos. No obstante son varios los equipos que


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poseen la comprobación de que cumplen las especificaciones de la norma a pesar de que

no son los de referencia, como es el caso de los equipo de marca DIGITEL para la

determinación de PM 10. Estos poseen el documento de “Verificación del colector de

polvo Digitel DHA 80 concentrada PM 10 de conformidad con la norma UNE-EN

12341:1999” realizado por el instituto de verificación UMEG. En este estudio se ha

colocado en paralelo los equipos de referencia de la norma de PM 10 junto a varios

captadores de esta marca y modelo. En dicho documento se demuestra que son equipos

aptos para la determinación tras la realización de numerosos muestreos en paralelo.

Existen más equipos que no están indicados en las normas para la determinación de las

partículas tal cual se describen en ellas, como son por ejemplo los modelos de MCV

para PM 10 con cabezal PM 10 o los de TISCH o Andersen con cabezal para PM 2,5 de

alto volumen en los cuales no indica la norma de PM 2,5 que puedan determinar en

estos tipos de captadores, que usan filtros de 203 x 254 mm de sección rectangular.

9.2.2 Equipos de análisis en el laboratorio.

Para la determinación de la toma de muestra mencionada anteriormente se ha de

disponer de unos soportes de muestreo previamente preparados para poder realizar la

determinación de la cantidad de partículas. Estos soportes de muestreo sufren antes de

ser utilizados un acondicionamiento y pesaje para poder determinar su peso sin

partículas y tras el muestreo se realiza la misma operación de acondicionamiento y

pesaje. Ambos valores obtenidos nos permiten la cuantificación de partículas.

Esta introducción da paso a que para poder realizar la determinación gravimétrica y en

función del parámetro que se desee determinar se ha de tener un sistema de

climatización para el acondicionamiento de las muestras según el método de análisis

gravimétrico, por tanto se debe contar con el equipamiento adecuado.

En cuanto al equipo de análisis, se ha de disponer de balanzas de prestaciones muy

exigentes. Anteriormente en el laboratorio se contaba con una balanza que era capaz de

leer hasta los 10 microgramos, lo cual sería suficiente para la medida de PM 10 o de PM

2,5 con captadores de alto volumen, pero para cuando se quieran realizar medidas de

PM 2,5 con captadores de bajo volumen se indica en la norma UNE-EN 14907:2006

que la incertidumbre máxima a la hora de la verificación de las balanzas en cuanto al

peso (entre 100 mg y 1 gramo aproximadamente) de bajo volumen no debe ser superior


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a 20 microgramos. Lo anterior hace que se restrinja a este valor para la verificación de

la balanza en ese rango de forma rutinaria. Se comprobó que la balanza existente en el

laboratorio cumplía con este requisito. Si bien, con el objetivo de mejorar la capacidad

de cuantificación del laboratorio se adquirió un equipo con menor incertidumbre y para

ello se compro una balanza capaz de leer hasta el microgramo, y que cumpliera la

especificación de conseguir una incertidumbre para masa de 1 gramo de menos de 20

microgramos.

Ambas balanzas están catalogadas como “microbalanzas” ya que son capaces de

determinar los 10 µg o 1 µg, es decir, leer cinco o seis cifras decimales. Además de ser

capaces de leer este peso, han de ser lo suficientemente robustas, siendo repetitivas y

consiguiendo llegar a ser estables muy rápidamente para agilizar el trabajo. En esta línea

están trabajando las casas que suministran estos equipos ya que en función del tipo de

equipo emplean unas técnicas de pesaje diferente a otras, ya que el diseño del fabricante

afecta directamente al resultado. Hoy día son dos casas comerciales las que marcan las

pautas en el cuanto al desarrollo de estos equipos y con las que se obtienen los mejores

resultados: Sartorius y Mettler Toledo.

En cuanto a las exigencias de las normas por las que se rigen las medidas de las

partículas en la norma UNE-EN 14907:2006, se indica las características que debe tener

el equipo gravimétrico para las determinaciones de la PM 2,5, concretamente se indica

que ha de ser capaz de leer los 40 µg en el caso de pesar filtros que hayan sido

muestreados con captadores de bajo caudal, esto implica que los equipos ha de poder

leer 10µg. Este requisito se cumple ya que además de un equipo de estas características

se dispone de dos que son capaces de medir 1 µg. Por otro lado el Decreto 151 del 2006

de la Junta de Andalucía indica que se han de medir las partículas con un equipo que

tenga una resolución de 0,1 mg. A continuación se muestran imágenes de estos equipos.


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Figura.9-8.Balanza Mettler Toledo XP26, 1µ

Figura.9-9.Balanza Sartorius MC 210S, 10µ

Como se pueden observar en las imágenes, en el laboratorio se dispone de dos modelos

de balanzas para la determinación del análisis gravimétrico. El más antiguo es el de la

marca Sartorius, el cual es capaz de pesar por su diseño filtros de hasta 150 mm de


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diámetro, además de los más pequeños. Posteriormente se adquirió la balanza Mettler

Toledo (M.T.) modelo XP26 con la que se realizan la mayoría de las pesadas como los

de los filtros de 47 mm de diámetro. La distribución de los soportes de muestreo para la

cuantificación de las partículas se realiza en función del tipo de soporte de muestreo, es

decir, inicialmente se medían los filtros de 47 mm en la balanza Sartorios, actualmente

se realiza en la Mettler Toledo. En cuanto a los filtros de 150mm de diámetro se siguen

realizando en la Sartorius.

Para corroborar el buen funcionamiento de las mismas se realizan verificaciones

rutinarias y además de calibraciones según las especificaciones del fabricante. Esto

garantiza que las balanzas funcionan correctamente. Los valores obtenidos en estas

revisiones se contrastan con unos criterios de aceptación y rechazo previamente

establecidos acorde con las necesidades de las normas.

9.3 Sistema de acondicionamiento

Uno de los factores claves poder realizar la determinación de las partículas PM 10 y PM

2,5 y PTS a través de los métodos indicados en los documentos de referencia, es ajustar

sistema de acondicionamiento de los soportes de muestreo que permiten la

cuantificación de las partículas.

Tanto la norma de referencia para el análisis de PM 10 como la de PM 2,5 indican que

las muestras han de estar acondicionadas antes de pesarse, tanto si el filtro está en

blanco (sin muestrear), como si el filtro está muestreado, a 20±1ºC de temperatura y

50±5%HR durante 24 horas. En el caso de las partículas totales en suspensión el decreto

establece que para el acondicionamiento debe utilizarse una balanza analítica con una

resolución de 0,1 mg, alojada en un recinto acondicionado para mantener temperatura

constante (21±3ºC) y humedad relativa constante (50±10%). El decreto es menos

estricto, y existiendo en el laboratorio una única sala de balanzas que permite el

acondicionamiento de los filtros, se estable que el criterio más restrictivo es el que se

debe seguir para la realización del acondicionamiento, es decir, los tres tipos de soportes

de muestreo han de estar a 20±1ºC de temperatura (TºC) y 50±5% humedad relativa

(%HR).

El sistema de acondicionamiento de las muestras en la mayoría de los casos es clave y

no viene descrito de esta forma en la norma, ya que un soporte de muestreo que no ha


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sido debidamente acondicionado no consigue llegar a peso constante en el tiempo que

indican las normas, lo que conlleva a un retraso en las analíticas innecesario.

Para un correcto acondicionamiento de las muestreas se ha de tener unos recipientes que

faciliten el flujo de aire. Estos recipientes han de ser fácilmente modulables ya que el

trasiego de los mismos es constante. Las muestras en ellos han de disponerse de forma

ordenada y que no exista agolpamiento, evitando en todo momento que haya

impedimento de flujos de aire. En la imagen que se muestra a continuación se puede

apreciar la disposición de las muestras en los cestos. Estos cestos permiten el flujo de

aire entre ellos y así el correcto acondicionamiento de las muestras.

Figura.9-10. Distribución de las muestras acondicionadas

La sala de pesada se ubicó en el laboratorio buscando un lugar donde le afectasen lo

menos posible las condiciones climatológicas. Por ello se escogió una sala que no tiene

ventanas al exterior y está rodeada por otras salas las cuales poseen un sistema de

climatización.

Esta sala posee un tamaño bastante reducido y un diseño que permite trabajar a dos

personas de forma cómoda e incluso en el caso de necesidad una tercera. Teniendo en

cuenta esto, el trasiego de personal por la sala debe ser el menor posible evitando en

todo momento que existan fugas de aire climatizado innecesarias. Además como el

espacio es muy reducido, se cuida escrupulosamente el orden dentro de la sala de

pesadas, evitando en todo momento la acumulación de elementos innecesarios. Como

nota a destacar existe una programación de limpieza de la sala, y ésta se realiza de

forma que no se vean afectadas las muestras, para ello cada vez que se realiza la


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limpieza de la sala solo entran en ese momento dos personas, una que realiza la limpieza

y la otra que mueve los elementos y demás enseres para que no exista acumulación de

suciedad. Esta tarea viene a durar unos veinte minutos, gracias a la experiencia del

personal y al tamaño de la sala.

En el anexo I se puede observar que la sala está distribuida en diferentes zonas que

garantizan el acondicionamiento de las muestras. Los cuales se detallan en la tabla:

Tabla.9-2. Partes de la sala de acondicionamiento.

Recipientes contenedores de muestras Sensores de temperatura y de humedad, tres unidades.

Encimeras Balanzas analíticas, tres unidades

Mesas de pesaje Granatario

Control del sistema de climatización Desecadores

Kit antiestáticos Demás enseres necesarios para el correcto pesaje.

El sistema de climatización es un factor clave para que las muestras estén

acondicionadas de forma correcta y para ello se debe tener la seguridad de que no se

producirán fallos. En algunas ocasiones, por fallo del equipo de climatización, se ha

tenido que parar el trabajo de pesaje dentro de la sala de balanzas, lo que ha conllevado

un grave perjuicio debido a la gran cantidad de muestras que hay diariamente

programadas para analizar.

9.4 Sistema de toma de datos

La metodología empleada hasta el momento para la determinación de las partículas en

el laboratorio consiste en la cumplimentación de formularios en los que se indican: los

equipos que se han usado, quien lo ha realizado, cuando y los resultados obtenidos para

el tipo de determinación analítica. Tras la obtención de estos resultados se realiza una

comprobación rutinaria en la que se verifica que los parámetros establecidos en el

método de análisis se cumplen. A continuación de esta comprobación, se introduce toda

la información de los mismos en una hoja de cálculo, que permite la realización del

informe de ensayo u otro estudio para el que esté destinado el soporte de muestreo en

cuestión.


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El empleo de este método de trabajo, que no es el que sigue la base de datos, es

completamente válido, avalado por el largo periodo de tiempo que se lleva empleando,

y que es necesario seguir usando porque existen ciertos factores que no se han podido

implementar en la base de datos aún.

Cabe destacar que el factor clave por el cual se ha mantenido durante tanto tiempo este

método de trabajo es su simplicidad ya que el aprendizaje de la forma de trabajo es

rápido pues las estructuras son siempre las mismas y no se requiere ningún

conocimiento informático previo para el empleo del mismo, al trasladarse el valor que

se obtiene de la balanza analítica al formulario en papel. Pero por otro lado con esta

sistemática se produce un enorme gasto de recursos. Como se muestra a título de

ejemplo en la siguiente Figura.9-11.Formatos para análisis de PM 10 y de PM 2,5,

recién impresos para su posterior uso, se muestra la cantidad de formatos que se ha de

imprimir.

Figura.9-11.Formatos para análisis de PM 10 y de PM 2,5, recién impresos para su posterior uso

Debido a lo comentado anteriormente, se entiende la necesidad de implantar una

aplicación informática que simplifique los recursos a utilizar.


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Las principales ventajas del empleo de la base de datos que se ha desarrollado en este

proyecto son:

- Se evita la impresión de una cantidad importante de papel (en un mes se

suelen pesar más de 500 filtros).

- El tiempo empleado para la escritura en los formatos, se reduce.

- El tiempo empleado para el paso de la información del formato a la hoja de

cálculo, se reduce.

- Se evitan confusiones por el uso de formatos obsoletos.

- Agilidad a la hora de obtener resultados finales ya que toda la información

necesaria está disponible, tan solo habría que hacer un tratamiento de datos

sencillo, mediante consultas e informes predeterminados.

- Eliminación de error por confusión de lectura del resultado obtenido en

cuanto a tiempos de espera de acondicionamiento o resultados constantes.

Estas son algunas de las ventajas que tiene el empleo de la base de datos, pero su uso

también tiene inconvenientes a tener en consideración:

- Implantación de la metodología de trabajo con la base de datos. El personal

que realiza el trabajo dentro de la sala de balanza es un personal que en

principio no conoce la metodología de trabajo, dicha sistemática está

diseñada para aplicarse en el formato de papel y el personal está

familiarizado a trabajar de esta forma. Esto conlleva meses de seguimiento

del trabajo realizado por el personal por parte del responsable de la sección,

para conseguir así, la implantación correcta del sistema de gestión de datos.

- El poco conocimiento de la aplicación que sumado al poco conocimiento del

método de análisis aumenta el tiempo necesario para que quede bien

implantado el procedimiento de análisis.

- La aplicación está incompleta, ya que existe una serie de labores que se

realizan que no se indican en ella como son las partes de control o las

verificaciones de balanzas con pesas de referencia.

En cualquier caso se pretende cubrir con esta base de datos la mayor carga de trabajo

que existe en el laboratorio, de ahí que se haya diseñando inicialmente de esta forma.


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A continuación se indica la metodología de trabajo utilizado originariamente y posteriormente el desarrollado en este trabajo fin de máster.

Metodología original.

Se basa en dejar evidencia de todas las operaciones que se llevan a cabo en el

laboratorio en registros de papel. A tal efecto requiere como se ha comentado

anteriormente de unos recursos además de un sistema de gestión de archivos y almacén

físico donde guardar estos formularios en papel.

El esquema del procedimiento que se viene realizando en formato de papel:

Para dar de alta un lote filtros se ha de rellenar un formato en el que se indican las

características del tipo de filtro, anotando la fecha y quien realiza esta labor.

Una vez está dado de alta el lote de filtros se deben acondicionar, si se acondicionan

cien se han de imprimir cien formatos, codificarlos junto a los filtros en sus

contenedores e inscribir en cada formado la fecha y hora en la que se ha comenzado el

acondicionamiento.

Tras el acondicionamiento se procede a pesar los filtros, esta labor consta de dos

repeticiones, en el caso de PM 10 y PM 2,5 y de tres repeticiones para el caso de PTS,

dejando los intervalos de tiempo establecidos en la metodología de la norma, al menos

si el peso es constante.

Dar de alta un lote de filtros

Acondicionar una cantidad de filtros

Pesaje


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Estos valores se inscriben en el formato apropiado de cada filtro previamente

codificado.

Una vez que el peso es constante, se procede a la adjudicación del filtro a la campaña

correspondiente. En esta fase el código interno del filtro pasa a adjudicarle un código

externo según la programación establecida. Esto conlleva un nuevo gasto de tiempo de

gestión y de recursos.

Se firma en el formato de papel correspondiente la entrega de las muestras.

Se firma en el formato de papel correspondiente la recepción de las muestras tras el

muestreo.

Se firma en el formato de papel correspondiente el comienzo del acondicionamiento.

El acondicionamiento el proceso que se realiza de forma análoga al pre-pesaje, pero con

el filtro con partículas.

Entrega de los filtros pre‐pesados, codificados y debidamente empaquetados a los técnicos que realizan la inspección

Recepción de las muestras tras el muestreo

Adjudicar filtros a campaña

Acondicionamiento posterior al muestreo


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Después del acondicionamiento se pesan las muestras tantas veces como sean necesarias

hasta que se obtiene peso constante, dejando el intervalo de tiempo indicado por las

normas como mínimo entre pesada y pesada.

Labor que se realiza estudiando la diferencia de peso y pasando posteriormente los

resultados a la hoja de cálculo. Por último se obtiene el resultado deseado que es un

informe de ensayo.

Metodología usando la base de datos desarrollada.

La metodología en la que se emplea la base de datos permite la realización de las

mismas fases, pero sin la necesidad de tanto formato físico, reduciéndose el tiempo de

gestión y de una forma más guiada. Esta base de datos está construida en Visual Basic.

A continuación se indican las pantallas de las diferentes fases para realizar la labor

analítica.

Figura.9-12.PANTALLA PRINCIPAL

Es el esquema General, desde esta pantalla se accede a los submenús de datos, pesadas, lotes, personal, tipos equipos, filtros, equipo, métodos, general, resultados

Pesaje final

Obtención de los resultados


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Figura.9-13. IDENTIFICACIÓN

Identificación del personal a trabajar, esta pantalla aparece siempre al iniciar la

aplicación. A partir de este momento las acciones quedarán identificadas.

Figura.9-14.GESTIÓN DE LOTES DE FILTROS

En este submenú es donde se dan de alta los lotes, quedando reflejados además los tipos

de filtros, quien y cuando se realiza la acción.


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Figura.9-15.ALTA DE FILTROS

En esta ventana, una vez se ha dado de alta el lote, es donde se indica el comienzo del

acondicionamiento de los filtros y donde se asigna código interno a los filtros.

Figura.9-16.COMIENZO DE PESADAS

En este apartado es donde realiza la pesada, que tras asignar los equipos con los que se

realizará la medida, se indica cual es el valor. Tras haber trascurrido el tiempo necesario

permitirá realizar las siguientes pesadas hasta conseguir el peso constante.


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Figura.9-17.ASIGNACIÓN DE CAMPAÑAS

Una vez que el filtro está disponible, este es el formulario en donde se le adjudica la

campaña, realizando la correlación entre código externo o de campaña con el código

interno o de pesada inicial.

Figura.9-18.SALIDA DE FILTROS

Tras haber adjudicado la campaña, se codifica la muestra y se prepara la entrega

acondicionándola debidamente. Es en esta ventada donde se da salida a los filtros del

laboratorio para que sean muestreados, trasladando la custodia de las muestras al

inspector.


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Figura.9-19.ENTRADA DE FILTROS MUESTREADOS

El inspector tras haber realizado el muestreo realiza la entrega de los soportes de

muestreo que se realiza a través de este formulario, y momento en el que pasan a ser

acondicionados los filtros.

Figura.9-20.PESADAS FINALES

Una vez transcurrido el tiempo establecido para que estén acondicionados los filtros, la

base de datos permite la pesada final de estos. Además indica si las pesadas de los

filtros son o no constantes, en función de los criterios previamente establecidos.


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Figura.9-21.RESULTADOS

Una vez finalizadas todas las medidas se han de extraer los datos para poder evaluar los

resultados y realizar el informe. Es en esta ventana donde de escogen los resultados, que

se mostraran en una ventana de Excel, indicando tanto los valores obtenidos como

quien, cuando y los equipos usado para obtener dichos valores.

Esta aplicación cubre la mayoría de los trabajos que se vienen realizando con respecto al

pesaje de filtros para la medida de partículas en suspensión.

9.4.1 Sistema de adquisición de datos ambientales de la sala de balanzas.

Los resultados de temperatura y de humedad relativa de la sala de balanza se recogen en

un sistema de adquisición de datos los cuales quedan almacenados para consultas y

dejar evidencia de las condiciones en las cuales han estado los filtros dentro de la sala

de balanzas.


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10. MÉTODO DE ANÁLISIS

El método de análisis por el que se realiza la determinación de partículas, viene

desarrollado en normas oficiales en función del parámetro a analizar. Además es de

señalar que el laboratorio está acreditado por la Entidad Nacional de Acreditación

(ENAC) en base a dichas normas, lo cual da reconocimiento a que se realiza el

procedimiento indicado según las normas para las determinaciones analíticas citadas.

El método de análisis para la determinación de partículas menores de diez micras, PM

10, viene descrito en la norma UNE-EN 12341:1999, y es muy similar al que describe la

norma UNE-EN 14907:2006 para la determinación de partículas menores de 2,5 micras,

PM 2,5, varía en el tiempo que debe transcurrir entre pesadas tras el muestreo en la

parte de determinación de partículas por gravimetría. Para el caso de la determinación

gravimétrica de las partículas totales en suspensión el método se describe en el Decreto

151/2006 de la Junta de Andalucía y no es tan estricto como el método descrito en las

normas anteriores pero sí en cambio requiere una tercera pesada para la obtención del

peso final; además en lugar de tomar la media de sus dos últimas pesadas se debe tomar

la última de las tres pesadas consecutivas constantes.

El laboratorio que realiza estas determinaciones ha de estar acreditado por la UNE- EN

ISO/IEC 17025: 2005 según se indica en el ANEXO VII del R.D.102/2011, como es el

caso del Laboratorio de Calidad del Aire de la Consejería de Medio Ambiente de la

Junta de Andalucía

10.1 Procedimiento de análisis

Para la determinación gravimétrica de las partículas de la fracción másica de PM 10,

PM 2,5 y totales en suspensión se indica el procedimiento establecido, de forma que se

usa el criterio más estricto de los tres para el análisis de todos los tipos de partículas, de

manera que con un único procedimiento se cubren los tres análisis, aunque existen

excepciones en el procedimiento.


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10.1.1 Fases previas

Entre las acciones a realizar de forma rutinaria serían las que se indican a continuación:

- Comprobación de que los filtros están acondicionados de forma adecuada, para ello se

verifica que las condiciones de acondicionamiento de muestra sean las idóneas, en este

caso 50±5% y 20±1ºC. Además se corrobora que las muestras están dispuestas de forma

que les llegue el flujo de aire del sistema de climatización.

-Comprobación del correcto funcionamiento del los equipos de pesada mediante la

verificación de estos con materiales de referencia, que puedan ser pesas calibradas con

una trazabilidad.

- Inspección del material a pesar.

- Eliminación de la electricidad estática con el kit antiestático. Se recomienda utilizar la

misma balanza para las pesadas previas y posteriores.

- Se pesaran unas partes control del mismo tipo que el que se vaya a pesar, del que

previamente se conoce el peso, verificando el correcto acondicionamiento de los filtros.

Se entiende por partes de control a aquellos soportes de muestreo, del mismo tipo al que

se realice la analítica y que se quedan en el laboratorio como comprobación de que los

cambios que se puedan dar durante el acondicionamiento no afectan a las muestras.

Las indicaciones de las fases previas del Decreto 151 del 2006 de la Junta de Andalucía

para la determinación de partículas totales en suspensión (PTS) serían:

- Se realiza una inspección ocular de los filtros, antes de su uso, desechando los que presentan imperfecciones frente a la luz.

- Deben estar expuestos, antes de su uso, a las condiciones ambientales del recinto

acondicionado que aloja la balanza por lo menos 24 horas antes de pesarse,

comprobando que se mantiene una pesada constante en, al menos, tres repeticiones.

- Se pesan dichos filtros con aproximación al miligramo, cuidando de no deteriorarlos

antes de su uso (se indica de esta forma que tipo de balanza se necesita para la

determinación).

- El filtro se coloca en el soporte del aparato de toma de muestra y se hace pasar aire en

las condiciones anteriormente descritas.


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- El filtro se maneja con cuidado para evitar su deterioro o contaminación, usando para

ello guantes de cirujano o pinzas, y se doblarán hacia dentro, hacia la cara donde se

encuentran las partículas depositadas tras el muestreo, para evitar pérdida de la materia.

- El traslado de los filtros hasta el laboratorio se realiza en cápsulas de petri, en sobres u

otros soportes adecuados para la correcta conservación de las muestras.

10.1.2 Pesajes de soportes de muestreo

Con anterioridad al proceso de pesaje de forma rutinaria deben realizarse las

comprobaciones anteriormente señaladas. El proceso pesaje se realiza evitando en todo

momento el contacto directo con la muestra. Se realizan tantas pesadas como haga falta

hasta alcanzar peso constante, el cual se define en función de los requerimientos de cada

norma o decreto a seguir.

Para los soportes de muestreo se considera que una muestra ha alcanzado peso constante

cuando entre dos pesadas consecutivas realizadas con más de 12 horas de intervalo, se

obtienen pesos que igualen o difieran menos de lo indicado en la tabla 11-1, que se

muestra a continuación

Para el caso de partículas totales en suspensión en aire ambiente, se debe comprobar que

se mantiene pesada constante según los criterios definidos en la tabla 11-1, en al menos

3 repeticiones consecutivas realizadas con más de 12 horas de diferencia entre cada una

de ellas.

Para el caso de PM 2,5 en aire ambiente, se considera peso constante para los filtros

cargados con partículas cuando entre dos pesadas consecutivas realizadas entre de 24 -

72 horas de diferencia, haya una diferencia de peso menor de la especificada en la tabla

que se muestra a continuación.

Resumiendo, se entiende como criterio de pesada constante como el valor de referencia

para la evaluación de un filtro si es estable y se puede determinar su peso. La evaluación

se realiza pesando consecutivamente hasta que la diferencia de peso entre dos de ellas

sea inferior o igual al valor establecido en la tabla 11-1 según el tipo de filtro. Se han

clasificado en dos tipos principalmente por la gran diferencia de comportamiento que

tiene los filtros a partir de un tamaño. Este tamaño es 50 mm de diámetro, por lo que

cambia a partir de este tamaño los valores de peso constante. Otro factor importante de

la clasificación es que sea en dos para facilitar los trabajos de los técnicos. Este criterio


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se diferencia entre los filtros que son blancos, es decir, los que aún no han sido

muestreados y los filtros ya han sido muestreados y tienen partículas sobre él. Esta

clasificación es necesaria para la determinación gravimétrica ya que la composición de

las partículas influye sobre la determinación creando una mayor inestabilidad. Un claro

ejemplo de la forma en que influye la composición en la determinación es si las

partículas son o no higroscópicas, de forma que si no lo son, necesitarán menos tiempo

para conseguir estabilizarse, lo contrario ocurriría para el caso de las higroscópicas.

Como ya se ha comentado con anterioridad, en la siguiente tabla se muestran los valores

establecidos como criterios de pesada constante.

Tabla10-1. Criterios de pesada constante

Criterios de pesada constante

Para filtros blancos:

-0,00050 gramos para los filtros de tamaño superior a 50mm de diámetro.

-0,00004 gramos para los filtros de tamaño inferior o igual a 50mm de diámetro.

Para filtros con partículas:

-0,00080 para los filtros de tamaño superior a 50mm de diámetro.

-0,00006 gramos para los filtros de tamaño inferior o igual a 50mm de diámetro.

El hecho de que sean dos valores de criterios, en la pesada inicial y dos en la pesada

final hace que se facilite el trabajo de los técnicos.

10.1.3 Cálculos y expresión de resultados

La diferencia obtenida entre las pesadas después y antes de la toma de muestra nos

proporciona la masa de partículas que se ha depositado sobre el filtro durante el

muestreo por cualquiera de los métodos ya mencionados.

Para la determinación de las partículas en los soportes de muestreo, se siguen diferentes

formas de cálculo en función de la norma o método de ensayo como se muestra en la

tabla a continuación


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Tabla.10-2. Métodos de cálculo de la masa de partículas en los soportes de muestreo en función del tipo de determinación

Para el cálculo según: Para Partículas Metodología

UNE-EN 13241:1999

UNE-EN 14907:2006

Soportes de muestreo de calidad del aire ambiente

PM 10 y PM 2,5

Se tomará la media de las dos pesadas constantes consecutivas

Partículas Totales Decreto151:2006 de la Junta de Andalucía

Soportes de muestreo de emisiones no canalizadas de partículas

Partículas totales Se tomará la última pesada constante

La pesada inicial y final de las muestras ha de realizarse de la misma forma, para poder

saber qué muestras y que analíticas se deben realizar, por ello es necesario tener

especial cuidado con el control de las muestras a la hora de su codificación, y nunca

perder la trazabilidad de la muestra.

Los resultados de las partículas obtenidas han de expresarse en las unidades indicadas en el

alcance de acreditación.

10.2 Finalidad del método.

a) Determinación gravimétrica de las partículas PM 10, comentado en anteriormente, apartado 7.1.

b) Determinación gravimétrica de las partículas PM 2,5, comentado en anteriormente, apartado.7.1.

c) Determinación gravimétrica de las partículas PT, comentado en anteriormente, apartado 7.2.

d) Determinación de Metales.

Según se indica en el R.D 102/2011 se ha de realizar medidas de metales y de

hidrocarburos aromáticos policíclicos en las partículas PM 10, para ello se ha de


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programar el número de muestreos necesario para que sea representativo, al igual que el

tipo de equipo de toma de muestra con el filtro correspondiente adecuado para dicho fin.

En este decreto, se indica que los metales se han de medir siguiendo la norma UNE-EN

14902 de junio del 2006. Esta norma titulada “Método normalizado para la medida de

Pb, Cd, As, y Ni en la fracción PM 10 de la materia particulada en suspensión”. Las

partículas que contienen Pb, Cd, As y Ni se captan por aspiración de un volumen

medido de aire, a través de un filtro montado en un captador diseñado para captar la

fracción PM 10, de la materia particulada en suspensión. El filtro junto con las

partículas depositadas en él se disuelven por digestión, en vasos cerrados de

microondas, utilizando para ello acido nítrico y peróxido de hidrógeno. La disolución

resultante se analiza por GFAAS o ICP-MS.

Estas analíticas se realizan laboratorios externos, los cuales han de estar acreditados

para realizar las analíticas correspondientes, según la norma exigida en el Real Decreto

102/2011.

e) Determinación de H.A.P.

También el decreto 102 del año 2011 indica la necesidad de medir los hidrocarburos

aromáticos policíclicos, por una norma determinada. La norma UNE-ISO 16362:2005

permite la determinación de los HAP unidos a partículas, en contraste con la norma ISO

12884 que permite la medida de HAP en fase gaseosa. Esta norma permite la utilización de

un rango de caudales del captador y requiere la utilización de cromatografía líquida de alta

resolución (HPLC) con la detección llevada a cabo bien por detección de fluorescencia o

absorción de UV.

10.3 Validación de los métodos de ensayo.

Todo método normalizado se debe validar, por ello, las operaciones para la validación han

de realizarse en las mismas instalaciones, con las mismos equipos y en las mismas

condiciones que las especificadas para los análisis que se validan.

La medida de una magnitud física como la masa no depende únicamente del mesurando, es

decir, de la cantidad de magnitud que se mide, sino que también afectan el instrumento o


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sistema de medida, el operador y las magnitudes de influencia, como puedan ser las

condiciones ambientales.

La validación del método de análisis se hará sin tener en cuenta la toma de muestra,

evaluando sus características y su adecuación al uso previsto a fin de:

a) Proporcionar un alto grado de confianza y seguridad en el método analítico y

en la calidad de los resultados obtenidos al aplicarlo

b) Conocer las características de funcionamiento del método.

Los parámetros a estudiar en la validación se deben seleccionar en función de las

características y de los objetivos del método analítico utilizado.

Todos los registros generados durante el proceso de validación, así como los soportes de

muestreo utilizados se mantendrán adecuadamente clasificados, para la realización de las

distintas pruebas necesarias para la validación de este método. Las pesadas no son

consideradas como análisis independientes ya que el conjunto de pesadas antes y después

del muestreo permiten la determinación de las partículas.

La preparación de las muestras para la validación se realiza añadiendo partículas

adecuadas en función del método a validar, en cantidad conocida sobre el soporte de

muestreo correspondiente. El resultado obtenido se considera como el material de

referencia para el estudio de los valores obtenidos.

Para cada método y soporte de muestreo a validar se evaluará al menos la precisión, la

veracidad, el límite de cuantificación y el rango.

10.3.1 Precisión

La precisión se evalúa mediante tratamiento matemático de los resultados obtenidos en

ensayos de repetitividad y precisión intermedia, según se indica a continuación.

Se realizarán varias determinaciones que cubran el intervalo especificado para el método

en el alcance del laboratorio (como por ej., tres filtros de distintos pesos/ tres repeticiones

de cada uno).

Para ello se selecciona el intervalo o rango de trabajo que se va a validar y, siempre que

sea posible, varias muestras de concentraciones diferentes con los siguientes criterios:


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- Muestra de concentración próxima al límite existente en la legislación para el

método que se valida.

- Muestra de alta concentración, considerando el rango de trabajo que se va a

validar.

- Muestra de baja concentración, considerando el rango de trabajo que se va a

validar.

Se evaluarán las partículas obtenidas en cada uno de los filtros al final del proceso de

pesada frente a la concentración de partículas añadidas a cada filtro individualmente.

Cálculo de la precisión:

La cuantificación del parámetro que caracteriza a este estudio es la desviación estándar, (S)

o preferiblemente su expresión relativa, el coeficiente de variación.

Para cada muestra, y en base a la media de los valores y a la desviación estándar de las

medidas, se calculan los coeficientes de variación, que indican la precisión obtenida en el

ejercicio.

Después se toma como valor de precisión el más desfavorable entre el de precisión

intermedia y de repetitividad. Un posible esquema de trabajo sería el siguiente:

Tabla.10-3. Ejemplo de esquema de validación

Muestra Analista Nº Análisis*

Concentración baja

Analista A 3(A) Repetibilidad X (A) S(A) CV(A)

Precisión intermedia X (AB) S(AB) CV(AB)

Analista B 3(B)

Próxima al límite



Analista B 3(B)

Concentración alta



Analista B 3(B)


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En la tabla anterior se muestra el número de análisis a realizar por cada analista en cada

etapa. Siendo X la media del ensayo, S la desviación estándar del ensayo y CV el

coeficiente de variación.

10.3.2 Veracidad

La veracidad del método depende, entre otros factores, de la balanza analítica.

Cálculo de la veracidad:

La veracidad se calcula como la diferencia entre la media de los resultados obtenidos por el

laboratorio y el valor aceptado como verdadero o de referencia. Para expresar la veracidad

se calculan los porcentajes de error, que son las relaciones puntuales entre la diferencia

entre el valor obtenido y el teórico, respecto al valor teórico.

10.3.3 Límite de cuantificación.

El límite de cuantificación es la mínima cantidad de partículas que se puede determinar

con un nivel aceptable de precisión (repetitividad) y veracidad, bajo las condiciones

experimentales establecidas y se corresponde con el límite inferior del intervalo de trabajo

del método.

Existen varias formas de determinarlo, pero en este caso se realizará de manera

experimental, pesando una cantidad muy pequeña de sustancia.

Para calcularlo se analizan como mínimo tres muestras, en condiciones normales de

trabajo, muestras de baja concentración de partículas preparadas artificialmente, evaluando

la precisión y veracidad de los resultados obtenidos.

10.3.4 Rango o intervalo de trabajo.

El rango de un método analítico es el intervalo entre la concentración (cantidad) superior e

inferior de partículas en el soporte de muestreo, para el cual se ha demostrado que el

procedimiento analítico tiene un adecuado grado de precisión y veracidad.

Al tratarse de una determinación del peso de partículas por diferencia de pesada antes y

después del muestreo de un filtro, el rango o intervalo de trabajo límite del método

depende de la sensibilidad de la balanza analítica empleada y de la capacidad de carga para


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la cual se encuentra verificada para el estudio del intervalo de trabajo, siendo la capacidad

de carga de una balanza, el peso máximo que puede admitir sin que sufra su sensibilidad o

se altere su sistema de funcionamiento.

El intervalo de trabajo del método se determina examinando, en condiciones normales de

trabajo y siguiendo los procedimientos establecidos por el método, el peso de muestras

preparadas en el laboratorio con diferentes cantidades de partículas, comprobando el

intervalo de peso de partículas en el que puede obtenerse una veracidad y precisión

razonables y previamente establecidas al método basándose en los criterios de aceptación

de rechazo establecidos en el laboratorio.

En el extremo inferior del intervalo, el factor limitante es el valor del límite de detección;

en el extremo superior el alcance depende de la respuesta del instrumento o de condiciones

analíticas establecidas como óptimas. Aunque también depende del tipo de soporte de

muestreo, ya que el método puede tener un rango muy amplio y en función del soporte le

corresponderá un rango dentro del total establecido.

El límite inferior del intervalo de trabajo del método es el valor obtenido para el límite de

cuantificación del método, el cual es el valor más pequeño que se puede cuantificar a pesar

de que el equipo analítico sea capaz de obtener un valor más bajo.

El límite superior del intervalo de trabajo se determinará de forma experimental, siempre

teniendo en cuenta la no superación de la capacidad de carga de la balanza. Para

determinar el límite superior del rango de aplicación del método se trabaja con patrones de

masa preparados por el laboratorio, de manera que se aproximen lo más posible al límite

superior del rango habitual de trabajo establecido por el laboratorio. Para ello se analiza

por triplicado como mínimo, en condiciones normales de trabajo, muestras preparadas

artificialmente de alta concentración de partículas, evaluando la precisión y veracidad de

los resultados obtenidos. Si los resultados son satisfactorios, se repetirá el proceso con una

mayor cantidad de partículas. Si los resultados no son aceptables, es decir, no cumplen con

los criterios de veracidad y precisión establecidos, se repetirá el proceso con patrones de

menor concentración a la inicial hasta que los resultados sean satisfactorios; en este

estudio lo que se ha realizado es basándonos en los valores que se indican en la legislación

del momento y ver cuáles serían los valores de limite de cuantificación y de rango superior

más adecuados a los requisitos y con los medios que se dispone en el laboratorio para dar

conformidad según la legislación vigente.


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10.3.5 Estimación de la incertidumbre de los resultados.

La incertidumbre de una medida es una estimación de la parte del resultado completo, que

caracteriza el intervalo de valores dentro del cual se encuentra el valor verdadero de la

cantidad de medida.

• Especificación: masa = masa + corrección + deriva

El proceso de una gravimetría de filtros tiene dos etapas, la pesada inicial del filtro blanco

y la pesada final una vez que el filtro ha sido muestreado (filtro con partículas).

El resultado de la gravimetría de filtros es:

1000*)()(_ fiff PPmgparticulasMasa −= Siendo:

Pff: masa del filtro cargado en µg (pesada final)

Pif: masa del filtro sin cargar, en µg (pesada inicial)

Debido a que la norma de PM 2,5, UNE-EN 14907:2006 es la única de la tres que se hace

referencia en este documento que indica cuales son las contribuciones a la incertidumbre,

realizaremos el estudio del cálculo de incertidumbre para esta partícula extrapolándolo a la

de PM 10 y a la de partículas totales en suspensión (PTS). Por ello, la incertidumbre de una

medida de masa depende de diversos errores asociados como puedan ser:

‐ Calibración de la balanza,

‐ Deriva de la misma de la balanza entre calibraciones.

‐ Proceso de pesada de la muestra por parte de los analistas y de los criterios

preestablecidos.

En función de lo anterior, se estudiarán cuales son las contribuciones a la incertidumbre,

las cuales viene reflejadas en la norma de PM 2,5, tal cual se muestra en la tabla siguiente:


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Tabla.10-4.Fuentes individuales de la incertidumbre de la norma de PM 2,5 [UNE-EN. 14907:2006].

De todas estas contribuciones solo se usaran las referentes a la parte de ensayo, puesto que

en la tabla también se indican las contribuciones de la parte de toma de muestra.


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Los términos que se tendrán en cuenta para la determinación de la incertidumbre de pesada

serán por tanto:

Cuantificación: cálculo de las fuentes de incertidumbre

Teniendo en cuenta que el filtro cargado (muestreado, con partículas) y sin cargar (sin

muestrear, blanco) se pesa en la misma balanza, y que la diferencia de peso entre un filtro

muestreado y sin muestrear está dentro del mismo rango de medida.

Combinación: cálculo de incertidumbre total (ley de propagación de errores)

Incertidumbre de calibración. Cualquier instrumento de medida debe calibrarse para

garantizar la trazabilidad de los resultados que proporciona. Durante el proceso de

calibración también se realizan medidas, las cuales obviamente, no están exentas de error

instrumental. La incertidumbre de esta etapa, está asociada a la corrección calculada

durante la calibración de la balanza y depende de la incertidumbre de las masas patrón y de

los errores asociados al propio proceso de calibración.

Incertidumbre de la propia medida de la masa. Depende de la resolución de la balanza y de

la precisión de la pesada, a la cual contribuyen los errores aleatorios asociados al analista y

a las magnitudes de influencia (temperatura, presión atmosférica, humedad relativa,...)

Deriva de la balanza. Considera el error sistemático debido a que la balanza se va

desviando de la calibración con el paso del tiempo y a la diferencia entre la temperatura a

la que se realiza la pesada y la temperatura a la que se ha calibrado la balanza.

Efecto de la humedad en el filtro. La masa de los filtros, sin materia particulada captada,

varía con la humedad, de manera que varía entre los materiales del filtro y entre filtros del

mismo material nominal.

Efecto de la humedad en las partículas. Se trata de llevar la materia particulada captada a

un nivel establecido de contenido de agua por prescripción de la temperatura y humedad

elativa, antes y durante la pesada.

Flotación. La densidad del aire que rodea, el cual causa efecto de flotabilidad en el peso de

los filtros, se determina predominantemente por la presión y temperatura del aire.


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Para la estimación de la incertidumbre de análisis gravimétricos en general, se deben

cuantificar las tres componentes de la incertidumbre: la incertidumbre de la calibración, la

incertidumbre del proceso de pesada de la muestra problema y la deriva de la balanza. El

primer término de incertidumbre puede obtenerse a partir de la información obtenida en la

calibración mientras que el tercer término puede obtenerse utilizando la información de las

especificaciones de la balanza.

La combinación de las contribuciones a la incertidumbre aplicando la ley de propagación

de errores se obtiene una incertidumbre estándar combinada, “u”, asociada al peso de una

muestra problema.

( )1

,22

22

33·2

32

22 c

mTsendifresscU

u ipatii

i +⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ ⋅∆⋅++⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡+⋅+

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

Siendo:

• i

ii ccUncalibracióu +⎟

⎠⎞

⎜⎝⎛=

2

2)()(

• ( ) 2

22)(

3)( estii msresmsmedidau ++=

• ( ) ( )22)( Tcal dududerivau += que a su vez se compone de:

( )3

2i

caldifdu =

( )3

,ipatT

mTsendu

⋅∆⋅=

• ugmhfu

340)( =

Efecto de la humedad en el filtro.


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• ugmhpu

360)( =

Efecto de la humedad en las partículas.

• ugmbu

33)( =

Flotación

Combinando todas las fuentes de incertidumbre aplicando la ley de propagación de errores

a la expresión propuesta en la etapa de especificación, obtenemos la incertidumbre

estándar combinada, u, asociada al peso de una muestra de PM 2,5 y extrapolable al resto

de las partículas:

( )1

,2

2222

22

33·2

33

360

340

32

22 c

mTsendifugugug

resscU

u ipatii

i +⎥⎦

⎤⎢⎣

⎡ ⋅∆⋅++

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡+⎥

⎦

⎤⎢⎣

⎡+⋅+

⎥⎥⎦

⎤

⎢⎢⎣

⎡⎟⎠⎞

⎜⎝⎛⋅=

La incertidumbre estándar asociada a la medida de una masa, u, depende del valor de la

propia masa medida, a través de diferentes términos que contienen el subíndice i.

El último paso consiste en calcular la incertidumbre total expandida, U. Para ello debe

multiplicarse la incertidumbre estándar por un factor de cobertura, k:

U= k·u

Normalmente, k es igual a 2. De esta forma, existe aproximadamente un 95% de

probabilidad de que el intervalo masa i ± U contenga la masa verdadera de la muestra

problema.

de 142

RESULTADOS Y DISCUSIÓN

Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA

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11. Optimización de los parámetros de validación del método

Tras un estudio inicial, las analíticas que se realizan dentro del laboratorio con respecto a la

determinación de las partículas de tipo PM 10, PM 2,5 y PTS, se han estado llevando a cabo en la

balanza Sartorius MC 210S. Esta es una balanza de unas características excepcionales, la cual hasta

la fecha no ha sufrido desviación con respecto a los criterios establecidos, cumpliendo en todo

momento los criterios de aceptación y rechazo establecidos en las solicitudes de calibración de los

equipos y verificaciones.

Debido al trabajo que requiere el cliente que se realice en el laboratorio, se prevé que la balanza que

existe en el laboratorio se colapse. Dicho hecho puede ser provocado por varias causas como

pueden ser:

a) Una ralentización del trabajo, a cauda del equipo por tardar en dar el resultado.

b) La existencia de una mayor probabilidad de avería y la cual aumenta al haber mayor

carga de trabajo, lo cual implica un factor de riesgo muy elevado pues el trabajo debe de

mantenerse.

c) La antigüedad de la balanza, tras el pesaje de tantas muestras tras el tiempo que lleva en

el laboratorio.

d) La tecnología de la balanza que no permite actualizaciones que mejores la capacidad de

la misma. En el mercado existen equipos de pesaje, que su tecnología permite conseguir

los requisitos exigidos con mayor facilidad, como pueden ser la obtención del peso

constante más rápidamente, no necesitar requisitos tan exigentes como la impulsión aire

de climatización que no lo reciba tan directamente el equipo, o las mesas de balanza que

no hacen falta que sean de un tipo específico. Estos factores hacen que se ralentice en el

tiempo de obtención del peso del soporte de muestreo.

Todo ello llevó a la necesidad de adquirir un equipo de análisis nuevo el cual debía de cumplir los

requisitos la misma como mínimo o incluso mejorarla.

Para la adquisición del equipo necesario para abarcar el trabajo exigido por la Consejería de Medio

Ambiente, se tuvieron que realizar una serie de trámites como exige la Agencia de Medio Ambiente

y Agua, tales como indicar los requisitos del equipo que se requiere, y para ello estos se describen

en el pliego del prescripciones técnicas (PPT). Entre dichos requisitos estaban que debían tener una


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legibilidad mayor, que debía tener capacidad de pesaje de material de gran tamaño (en referencia a

los filtros), que sean de fácil manejo, y con una repetibilidad y precisión mejor que la obtenida para

la balanza ya conocida. Antes unos requisitos que no los cumplen las micro balanzas

convencionales se opta por dejarnos asesorar por las grandes marcas de referencia en Europa, como

son Sartorius y Mettler Toledo, dicha solicitud también fue cursada a otras empresas que pudieran

suministrar equipos de similares características, no habiéndose recibido ofertas adicionales.

En la norma de PM 2,5, la UNE-EN 14907:2006, se indica que la verificación de la balanza en los

rangos de pesada de los filtros de bajo volumen debe de ser de 20µg de variación. Esto exige a los

equipos de pesada que en el rango de hasta 1g deben de tener menos de esta incertidumbre para que

al sumarle la incertidumbre de la pesa se obtenga el valor indicado por la norma mencionada

anteriormente.

Con el objetivo de mejorar los parámetros de validación del método, se realizaron pruebas con dos

balanzas de demostración cedidas por Sartorius y Mettler Toledo. La propuesta de Sartorius para el

pesaje de filtros se muestra en las figuras siguientes. Es una balanza de seis cifras decimales, la cual

posee dos cámaras corta-aire, una exterior la cual se aprecia en la imagen, y otra interior, que no

está debido a que se necesitaba quitar de la balanza para ver el comportamiento de la misma, pues

es la forma en la que trabajaría el equipo para el pesaje de los soportes de muestreo. Es una balanza

que llega hasta el µg, pero no tenía espacio suficiente en la cámara de pesada como para por

albergar un filtro del tamaño de los de 203 x 254 mm.

Figura.11-1. Balanza de prueba de Sartorius


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Figura.11-2. Balanza de prueba de Sartorius.

Figuras.11-3. Propuesta de Mettler Toledo


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El equipo suministrado por Mettler Toledo (Figuras.11-3. Propuesta de Mettler Toledo) también

presenta dos cámaras corta aire, la segunda e interior ha sido retirada tal cual se puede observar en

la imagen, pues es de esta forma como trabajaría la balanza para la determinación de las partículas.

Tabla.11-1. Resultados de las pruebas de las balanzas. Modelo ME 36 S XP 26 Marca Sartorius Mettler Toledo

Cámara de pesada

Los filtros de tamaño 203 mm x 254 mm necesitan ser doblados en varias ocasiones, lo que puede incurrir en

pérdidas por manipulación. El resto de los filtros sí se pueden pesar.

Se puede realizar la pesada de todos los tipos y tamaños de filtros.

Repetibilidad adecuada Si Si Estabilidad de la pesada

adecuada No Si

Tiempo de respuesta coincidente con el

indicado en las características técnicas

No Si

Tamaño del equipo Consta de dos partes voluminosas Consta de una única parte voluminosa

Tamaño del platillo de pesada

Pequeño, implica colocar un soporte para facilitar la pesada, disminuyendo el

rango de trabajo.

Existen diferentes tipos de platillos, escogiendo el

más apropiado para cada labor

Comportamiento ante interferencias normales en el lugar de trabajo,

por ejemplo, ante posibles vibraciones

El equipo se muestra inestable, tardando aproximadamente un minuto en volver

a obtener su valor inicial.

El equipo se muestra inestable, tardando varios

segundos en volver a obtener su valor inicial

Manejo Intuitivo Intuitivo Rango de trabajo Hasta 20 g Hasta 26 g

El resto de las características técnicas de los equipos que suministran ambas casas comerciales son

similares o no han podido ser probadas.

Los resultados de las pruebas realizadas en el laboratorio con las balanzas de demostración se

muestran en la Tabla.11-1. Resultados de las pruebas de las balanzas. La evaluación de dichos

resultados determina que la balanza ofertada por Mettler Toledo, modelo XP 26, junto con el

accesorio “ergoclip flash mico”, es la idónea para realizar el trabajo requerido.


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Tras la adjudicación y adquisición de la balanza se procede a la distribución del trabajo, debido a

que estaba todo focalizado en la balanza Sartorius original, de forma que se realizaban las analíticas

de PM 10 y de PM 2,5, tanto para los filtros de captadores de alto volumen como para los de bajo

volumen que indica la norma, los tamaños de los filtros son : - de 47 mm de diámetro para la de PM

10 y PM 2,5 en caso de captadores de bajo volumen, de 150 mm de diámetro para PM 2,5 y uso de

captador de alto volumen y de 203 x 254 mm de sección rectangular para los muestreos de PM 10

con captador de alto volumen.

Se determina que el equipo que debía realizar las analíticas de los filtros de 203 x254 mm siguiese

siendo la Sartorius original pues el trabajo iba a seguir siendo el mismo, y el resto de los filtros que

se hiciese su determinación gravimétrica de partículas con la balanza nueva, consiguiendo de esta

forma no sobrecargar los equipos.

La adquisición de este equipo permitió que se obtuvieran mejoras en la determinación, las cuales se

indican a continuación:

- Aumento de número de pesadas obteniendo más determinaciones analíticas. Esta

situación es posible porque se consiguió mayor comodidad para el trabajo, de “pesar filtros”, que

debido a la gran cantidad de los mismos y que son numerosos los días en el mes en los que se

trabaja en la sala de balanzas desde que comienza la mañana hasta el final del día usando estos

equipos, tanto para la pesada inicial como para la pesada final y obtención de los resultados.

- También se ha ganado en el tiempo de estabilización de la balanza, lo que permite mas

muestras en menos tiempo.

- Se ha conseguido llegar al requisito de una incertidumbre menor de 20µg en el rango

inferior a 1g, de forma más holgada permitiendo cumplir el requisito indicado por la norma PM

2,5, UNE-EN 1407:2006

En cuanto a la evaluación de la incertidumbre (U), a pesar de la adquisición del equipo, aun no

se ha reevaluado, por lo que se siguen manteniendo. Debido a que la incertidumbre tiene como

principal contribución el criterio de peso constante (Tabla10-1. Criterios de pesada constante),

este no se ha bajado aun, por tanto se mantiene la misma incertidumbre. La mejoría en la

incertidumbre de medida se puede observar en la Tabla.11‐2. Calibraciones de las balanzas, en la


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cual se pueden contrastar en los valores obtenidos de calibración en ambas balanzas, que es

menor la incertidumbre en el caso de la balanza Mettler Toledo.

Tabla.11-2. Calibraciones de las balanzas

Puntos de calibración Eq

. Sar

toriu

s

Eq. M

ettle

r To

ledo

Eq. S

arto

rius

Eq. M

ettle

r To

ledo

Eq. S

arto

rius

Eq. M

ettle

r To

ledo

Eq. S

arto

rius

Eq. M

ettle

r To

ledo

Eq. S

arto

rius

Eq. M

ettle

r To

ledo

Fecha de calibración:





06/03/2009 10/09/2009 26/04/2010 23/09/2010 11/03/2011

Gramos U en µg U en µg U en µg U en µg U en µg

0 9 --- --- --- --- --- --- --- --- ---

0,1 9 19 11 4 13 6 13 8 20 2

1 9 19 13 7 16 11 19 15 20 3

5 9 19 15 11 21 17 28 25 23 10

10 9 19 17 14 26 23 35 31 29 22

A continuación se muestra el gráfico de control de las balanzas basándonos en los resultados

anteriormente expuestos, donde se puede observar que los valores de las calibraciones de las dos

balanzas que se usan para el análisis de partículas, las siglas sería M.T, para la recientemente

adquirida de marca Mettler Toledo y la Sartorius que es la estaba en el laboratorio.

Figura 11-4. Graficas de las calibraciones de las balanzas

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0,1 g 1 g 5 g 10 g

microgram

os

Sartorious 6/3/9

M.t 6/3/9

M.t. 10/9/9

Sartorious 10/9/9

M.t 26/4/10

Sartorious 24/4/10

M.t 23/9/10

Sartorious 23/9/10

M.T 11/3/11

Sartorious 11/3/11


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En las gráficas siguientes se muestran los gráficos de control de cada balanza por separado con el

fin de poder distinguir los resultados obtenidos e indicados anteriormente.

Figura.11-5. Grafica de calibración de balanza adquirida Mettler Toledo (M.t), con las fechas de las calibraciones.

Figura.11-6. Grafica de calibración de balanza original, Sartorius con las fechas de calibraciones.

0

5

10

15

20

25

30

35

0,1 g 1 g 5 g 10 g

microgram

os M.t 6/3/9

M.t. 10/9/9

M.t 26/4/10

M.t 23/9/10

M.T 11/3/11

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0,1 g 1 g 5 g 10 g

microgram

os Sartorious 6/3/9

Sartorious 10/9/9

Sartorious 24/4/10

Sartorious 23/9/10

Sartorious 11/3/11


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Teniendo en cuenta que es entre 100 mg y 1 gramo es el peso el rango en el que se suelen encontrar

los filtros de 47 mm de bajo volumen usados para PM 2,5, es por tanto en este intervalo donde la

incertidumbre debe estar por debajo de 20µg, y que dicho criterio se cumple.

También se puede observar el incremento de la incertidumbre en la balanza Sartorius, el cual puede

ser debido al deterioro de la balanza, por el desgaste de la misma, o por las continuas

modificaciones que sufren las normas de calibración, las cuales son cada vez más exigentes.

12. Modificaciones del sistema de climatización.

El sistema de climatización de la sala de balanza que permite el acondicionamiento de las muestras

es una de las partes más importantes para el cumpliendo de las exigencias de los métodos indicados

en las normas.

Se ha realizado un estudio de mejoría en este proyecto a partir de resultados antes y después de la

reforma del sistema de climatización. Este sistema de climatización no es convencional y de

hecho se han requerido los conocimientos de expertos en este campo de la psicometría. El

sistema de climatización de la sala requiere el uso de recursos energéticos muy elevados ya que

el flujo debe ser constante y uniforme. La forma de conseguir que esta sala se mantenga dentro

de los criterios preestablecidos es consiguiendo un agua de refrigeración que llegue a la

climatizadora muy fría. El agua, (que en realidad no es solo agua, sino que contiene glicol en un

porcentaje bajo para evitar que se congele y así no estropee la bomba de recirculación y

conductos) debe estar a temperatura inferior a 7ºC, para conseguir no solo los 20ºC, sino para

también eliminar la humedad por condensación.

En cuanto a los resultados obtenidos dentro de la sala de balanza antes de realizar la reforma de la

sala se estuvieron estudiando, obteniéndose los valores que citan a continuación:


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Tabla.12-1. Valores anteriores de humedad y temperatura medios con el equipo de climatización sin reformar.

Temporada Humedad

relativa en %

Temperatu

ra en ºC

Observaciones

Invernal 52 a un 54,5 20,1 No existiendo días que se debe dejar de pesar

Estival 52 a un 54,5 20,8 Existiendo algún día en el que se debe dejar de

pesar debido a que no se cumplen las condiciones

necesarias

Debido a que los resultados obtenidos eran cercanos al límite establecido se realiza un estudio del

comportamiento del equipo de climatización y de su capacidad para obtener el rendimiento

necesario. La conclusión a la que se llegó fue este equipo no era suficiente para conseguir el

resultado para el que inicialmente estaba diseñado, se le sometía a un trabajo para el que no estaba

diseñado, ya que realizaba un esfuerzo de tratar de trabajar en continuo, sino que era por el esfuerzo

de tener que entrar en arranque y parada continuamente la climatizadora, conllevando a un desgaste

adicional. Este desgaste tras varios años de funcionamiento estaba dando averías del tipo de rotura

de la bomba de recirculación principal del circuito de refrigeración, o rotura del ventilador que

impulsa el aire, de la válvula de humectación, perdidas de presión del circuito de recirculación, etc.

Todas estas circunstancias se fueron solucionando de forma que se cada vez que se producía una de

ellas se debía dejar de trabajar en la sala ya que los filtros con estaban en las condiciones ideales.

Además del consiguiente gasto de tiempo y dinero en la reparación. Por todo ello, el porcentaje de

paradas de trabajo era demasiado elevado más aun cuando se preveía un aumento de la carga de

trabajo.

Para subsanar esta situación se hicieron varias actuaciones de forma preventiva hasta tomar una

decisión

- Tratar de no sobrecargar la sala, programando días consecutivos de parada.

- Se realizaron consultas a expertos en la psicometría y climatización para que obtener

una evaluación del problema y una solución del mismo.


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- Concienciar al personal técnico de que debía de estar muy pendientes de las

condiciones para evitar posibles fallos en el método de análisis.

Todo ello, implicó la elaboración de una reforma al sistema de climatización. Esta modificación

se realizó a finales de enero del 2011.

La reforma del sistema de climatización que consiste básicamente en:

- Añadir una bomba adicional al circuito, la cuales se intercambiaran,

- Se introduce una maquina refrigeradora más potente y con sistema Inverter, ahorrando en

el gasto de energía ya que será proporcional al que se necesite en cada momento

- Se instala un depósito acumulador de agua fría que permitirá retener el agua fría evitando

tener que estar funcionando continuamente la maquina refrigeradora.

- Se modifica el sistema de control de la climatización, equipo que regula el

funcionamiento del los equipos enfriando, calentando, humectando etc. en función de la

necesidad del momento.

Todos estos equipos se acoplaron al que había dejando el antiguo sistema de refrigeración como

sistema de emergencia para el caso de a) un posible fallo del principal, b) una necesidad de más

frío, c) para dar asistencia en el caso de que lo requiera el sistema que controla la climatización

de ayudar a enfriar el circuito de agua/glicol de una forma más rápida. El esquema del sistema de

climatización se puede encontrar en el ANEXO II.

En cuanto a las tendencias mencionadas anteriormente, serán las normas de PM 10 UNE-EN

1234:1999 y de PM 2,5 UNE-EN 14907:2006 modificadas según la información suministrada

por el laboratorio de referencia nacional, que es el Instituto de Salud del Carlos III. Se considera

elevada la variación de un 10% de humedad y pretenden reducirla a un 5% quedando entre 45 y

50% de HR. Estas condiciones en la localidad en la que se sitúa el laboratorio, Sevilla, son muy

complicadas de conseguir y sobre todo con el frío que suministraba la maquina anterior. Esta fue

una de las causas que condicionó la modificación mencionada anteriormente.

En el esquema de distribución de la sala de pesaje (Anexo I) se podrá apreciar que existen tres

sensores de HR y T ºC. Uno de ellos corresponde al sistema de climatización, el cual se ajusta en

función de los otros dos que son de referencia. Los otros dos sensores de HR y Tª ambiente son


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los sensores de referencia que permiten la visualización de los parámetros en continuo sin

necesidad de ir al control, además según se indican en las normas los datos obtenidos de estos

sensores quedan almacenados en un sistema de adquisición de datos, dejando evidencia de las

condiciones a las que han estado los soportes de muestreo en todo momento durante su estancia

en la sala de balanza. Los sensores son revisados periódicamente lo que garantizan el buen

estado de los mismos, comprobando que los resultados obtenidos están dentro de los criterios de

aceptación y de rechazo previamente establecidos.

Tras la realización de la reforma del sistema de climatización de la sala de balanza para el mejora

acondicionamiento de las muestras, los resultados han sido muy variados debido a diversas causas,

pero siempre han estado dentro del criterio de 50 ±5% de humedad relativa y 20±1 ºC de

temperatura, permitiendo estar las muestras en las condiciones optimas, estos resultados se muestran

a continuación. Las causas de la variabilidad inicial comentada anteriormente fueron debido al

ajuste del software que controla el sistema de climatización, el cual se fue ajustando hasta llegar a

las condiciones óptimas de trabajo.

Tabla.12-2. Valores medios de Humedad y temperatura tras la reforma.

Temporad

a

Humedad

relativa en %

Temperatu

ra en ºC

Observaciones

Invernal 47 a un 51 19,3 No existiendo días que se debe dejar de pesar

Estival 48 a un 52 19,2 No existiendo días que se debe dejar de pesar

Estos resultados son los obtenidos por parte del sistema de adquisición de datos de la sala de

pesadas.

Como se puede observar, tras la modificación realizada a principios del año 2011, sigue habiendo

oscilación dentro del rango de humedad, pero en un porcentaje bastante inferior, además de que la

cantidad de gramos de agua por kilo de aire que existe es inferior, ya que antes se estaba trabajado

en temperaturas cercanas a los 21ºC en los que aproximadamente teníamos unos 8,1 g/kg y ahora

estamos trabajando en temperaturas cercanas a los 19ºC, que vienen a ser unos 7 g/kg. Esta

situación muestra el margen de maniobra siendo una ventaja ante posibles variaciones repentinas

del clima y además cumple las expectativas, puesto que se demuestra que el sistema tiene capacidad


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de sobra para conseguir eliminar la humedad del ambiente, pues el agua que refrigera el sistema está

lo suficientemente fría para conseguir los 20±1ºC y 50±5% HR.

En la tabla siguiente se puede observar lo mencionado anteriormente.

Tabla.12-3.Resumen de cantidades medias de humedad y de temperatura

Temporada Humedad

relativa en %

Temperatura

en ºC

Gramos de agua por kilo de aire (g/Kg)

Invernal Antes Media de 53 20,1 7,8

Estival Antes Media de 53 20,8 8,14

Invernal Después Media de 48 19,3 6,72

Estival Después Media de 50 19,5 7,08

Con la optimización del sistema de climatización mencionado anteriormente, la cantidad de

muestras que se analizan diaria o semanalmente es mayor, debido principalmente a dos factores:

- Al haber mayor homogeneidad en la sala de temperatura y humedad los equipos están más

estables, lo que permite obtener el dato de peso correspondiente con mayor rapidez.

- Al no haber tanta oscilación de humedad relativa ni de temperatura, las muestras se estabilizan

antes, lo cual implica que no hay necesidad de realizar tantas pesadas hasta conseguir llegar al

peso constante de la muestra.

Esta situación es muy ventajosa ya que en menos tiempo se obtiene más resultados optimizando

el tiempo. Todo ello ha facilitado que el número de muestras analizado en el laboratorio se haya

incrementado significativamente en los últimos tiempos.

Para el estudio de la mejora de la sala de balanza en cuanto a los soportes de muestreo, se ha estado

estudiando cual podía ser la forma de evaluar este cambio. Teniendo en cuenta que la inestabilidad

de los filtros causada por la oscilación de humedad relativa y temperatura, dentro de un rango,

durante todo el periodo de acondicionamiento. Esta inestabilidad no se puede cuantificar debido a

que no solo habría que ver si ha estado a una humedad y temperatura media u otra, sino cuanto


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tiempo y con qué diferencia entre valores. Además las muestras usadas para las diversas campañas

de muestreo tienen una vida demasiado corta como para poder evaluar el cambio completo de la

sala de balanza (antes y después de la reforma). Todo ello no conduce a usar las partes de control

usadas para verificación. Estas partes de control se miden de forma rutinaria, esto implica que cada

vez que se necesite medir con un tipo de soporte de muestreo y con un tipo de método se deben

medir las partes de control correspondientes. Estas partes de control trabajan a modo de patrón de

control, ya que se sabe el valor de este y se analizan cada vez que se vaya a trabajar comparando el

valor obtenido con el de referencia.

Existen diversos tipos de partes de control, en función de tipo de filtros, ya sea por su tamaño, por la

forma o bien por el material del que están hechos. También habría que distinguir en el tipo de

método por el que se rigen para analizar las muestras.

Se han escogido tres tipos de partes de control para la evaluación, todas de cuarzo, son las circulares

de 47 mm y 150 mm de diámetro y por último de forma rectangular de 203 x 254 mm. Son las más

usadas en el laboratorio y de las cuales se tiene suficiente cantidad de datos como para evaluar la

posible mejoría de la estabilidad de la sala de balanza.

En los tres casos se ha realizado viendo los pesos obtenidos de las partes de control desde verano

del año 2010 hasta el mes de mayo del 2011, se ha escogido este periodo pues la modificación de la

sala de balanza tuvo lugar a finales del mes de enero del año 2011. Cabría destacar, que se tiene

gran cantidad de esta muestras debido a que se han de cambiar cuando se llevan usando demasiado

tiempo ya que la variación de peso puedes ser debido al exceso de manipulación y existir confusión

con un error en el método. De forma sistemática se analizan de tres del mismo tipo que se vaya a

pesar.

Tras haber colocado todos los valores obtenidos de todas las partes de control, se le ha calculado la

desviación estándar, la cual se ha comprobado con el criterio de estabilización de cada tipo de filtros

para ver el progreso del mismo.

La cantidad de resultados de cada tipo de filtro obtenido va en función de las veces que se ha

requerido analizar ese tipo de soporte de muestreo, de ahí que unos tengan más resultados que otros.


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Para los filtros de 47 mm diámetro circular, cuarzo se analizan con la balanza que lee el µg, es

decir con una legibilidad de 0.000001g (balanza adquirida durante la realización de este proyecto).

Se toma como valor de referencia es 0.00004g que es la oscilación de peso que se permite de una

pesada a otra, según el criterio de peso constante. Los valores marcados en negrita de la tabla

siguiente muestran el momento en el se modifica la sala de balanza, a partir del cual se debería

observar la mejoría.

Tabla.12-4. Valores de partes de control de filtros de 47 mm de diámetro.

Desviación Estándar

¿Cumple criterio? Cód. filtro

Valor promedio (g).

0,000014 Cumple Fl-10/1655 0,147107

0,000016 Cumple Fl-10/1656 0,147305

0,000014 Cumple Fl-10/1657 0,147384

0,000018 Cumple Fl-10/1772 0,148318

0,000013 Cumple Fl-10/1773 0,148720

0,000011 Cumple Fl-10/1774 0,149721

0,000008 Cumple Fl-10/1950 0,146733

0,000012 Cumple Fl-10/1951 0,146397

0,000011 Cumple Fl-10/1952 0,147056

0,000008 Cumple Fl-10/2107 0,140966

0,000009 Cumple Fl-10/2108 0,138221

0,000012 Cumple Fl-10/2109 0,139369

0,000011 Cumple Fl-10/2272 0,148044

0,000014 Cumple Fl-10/2273 0,148605

0,000014 Cumple Fl-10/2274 0,148368

0,000017 Cumple Fl-11/340 0,149939

0,000020 Cumple Fl-11/341 0,145482

0,000012 Cumple Fl-11/342 0,148347

0,000021 Cumple Fl-11/657 0,147633


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Valor promedio (g).

0,000016 Cumple Fl-11/658 0,149012

0,000020 Cumple Fl-11/659 0,148738

0,000013 Cumple Fl-11/828 0,146781

0,000030 Cumple Fl-11/829 0,145578

0,000010 Cumple Fl-11/830 0,149533

En la siguiente tabla se muestra un grafico de control de estas partes de control.

Figura 12-1. Seguimiento de pares de control de filtros de 47 mm de diámetro.

Como se puede observar en los filtros de 47 mm de diámetro, no se encuentra una relación tan

directa entre la mejoría de la humedad y de la temperatura frente a la oscilación de peso de los

filtros antes y después de la modificación de la sala de balanzas. Se puede observar que los filtros

son muy robustos y que debido a su pequeño tamaño no son tan susceptibles de la cantidad de

0,138

0,14

0,142

0,144

0,146

0,148

0,15

Fl‐10/1655

Fl‐10/1656

Fl‐10/1657

Fl‐10/1772

Fl‐10/1773

Fl‐10/1774

Fl‐10/1950

Fl‐10/1951

Fl‐10/1952

Fl‐10/2107

Fl‐10/2108

Fl‐10/2109

Fl‐10/2272

Fl‐10/2273

Fl‐10/2274

Fl‐11/340

Fl‐11/341

Fl‐11/342

Fl‐11/657

Fl‐11/658

Fl‐11/659

Fl‐11/828

Fl‐11/829

Fl‐11/830


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humedad absoluta que tiene el aire. No obstante se comprueba que la modificación no afecta de

forma negativa

Para los filtros de 150 mm diámetro circular, cuarzo, se analizan con la balanza que lee el µg, es

decir con una legibilidad de 0.000001g (balanza adquirida durante la realización de este proyecto).

El valor de referencia es 0.0005g (obtenido del criterio de peso conste para bancos) que es la

oscilación de peso que se permite de una pesada a otra. Los valores marcados en negrita de la tabla

siguiente son los obtenidos con la sala ya modificada.

Tabla.12-5. Valores de partes de control de filtros de 150mm de diámetro



Valor promedio (g).

0,000052 Cumple FG845/10 1,562389

0,000056 Cumple FG846/10 1,570953

0,000076 Cumple FG847/10 1,574679

0,000107 Cumple FG977/10 1,484804

0,000369 Cumple FG978/10 1,477206

0,000164 Cumple FG979/10 1,476309

0,000227 Cumple FG1213/10 1,483529

0,000237 Cumple FG1212/10 1,486821

0,000220 Cumple FG1211/10 1,487955

0,000052 Cumple FG106/11 1,642559

0,000035 Cumple FG107/11 1,647084

0,000039 Cumple FG108/11 1,644871

0,000067 Cumple FG245/11 1,635118

0,000041 Cumple FG246/11 1,629462

0,000094 Cumple FG247/11 1,646926

0,000105 Cumple FG517/11 1,551040

0,000121 Cumple FG518/11 1,539620

0,000139 Cumple FG519/11 1,527460


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Se puede apreciar tanto en el gráfico Figura 12-2. Seguimiento de partes de control de filtros de

150 mm de diámetro como en la tabla Tabla.12-5. Valores de partes de control de filtros de

150mm de diámetro que:

- La fecha de instalación / modificación de la climatización de la sala es a partir de

febrero, salvo unos problemas de que la válvula de humectación que se solucionaron

a mediados finales de febrero, es a partir de entonces cuando se observa una mejoría

en la desviación de los filtros en cuanto a su resultado.

- Ningún valor de oscilación hace que sea mayor que el criterio de pesada constante por

lo que los filtros dentro de sala antes y después es el adecuado.

Figura 12-2. Seguimiento de partes de control de filtros de 150 mm de diámetro

Estos filtros para el estudio son los más idóneos, ya que por su tamaño y su poca manipulación a la

hora de pesaje es el que puede observarse mejor la humedad total en el ambiente antes y después de

la modificación. Es el filtro idóneo para realizar muestreos de PM 2,5 y de partículas totales en

suspensión, aunque como se ha comentado antes también se usa para PM 10 en los equipos que

tienen la demostración de equivalencia.

1,45

1,5

1,55

1,6

1,65FG845/10

FG846/10

FG847/10

FG977/10

FG978/10

FG979/10

FG1213/10

FG1212/10

FG1211/10

FG106/11

FG107/11

FG108/11

FG245/11

FG246/11

FG247/11

FG517/11

FG518/11

FG519/11


Página 107 de 142

Hay que destacar que estos filtros han tenido siempre un comportamiento correcto, aunque sí es

cierto que si se cambia de marca o de lote (principalmente de marca) este comportamiento puede

variar, como es el caso de lo que ocurren en los tres últimos que de este año(a pesar de ello se

observa mejoría). Este es uno de los principales motivos por el cual se realizan estas graficas. Como

evidencia de que afectan los lotes y marcas, se puede observar la gran diferencia de pesos que se

dan entre ellos, que son tres los bloques y cuando se ha tenido que cambiar de parte control se

observa los pesos de un rango a otro.

Para los filtros de 203 x 254 mm sección rectangular, cuarzo, se analizan con la balanza que lee

los 10µg, es decir con una legibilidad de 0.00001g (balanza original). En la siguiente tabla se

pueden apreciar los resultados obtenidos del seguimiento de estos filtros y en negrita están los

valores obtenidos con la climatización reformada. El valor de referencia es 0.0005g que es la

oscilación de peso que se permite de una pesada a otra.

Tabla 12-6. Valores de partes de control de filtros de de 203 x 254 mm.



Valor promedio (g).

0,0005 No cumple Fr663/10 4,33045

0,0004 Cumple FR664/10 4,28865

0,0002 Cumple FR665/10 4,30799

0,0004 Cumple FR767/10 4,52567

0,0003 Cumple FR768/10 4,51640

0,0002 Cumple FR769/10 4,60703

0,0004 Cumple FR927/10 4,30845

0,0002 Cumple FR928/10 4,35881

0,0007 No cumple FR929/10 4,34681

0,0004 Cumple FR101/11 4,28182

0,0002 Cumple FR102/11 4,34497


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Valor promedio (g).

0,0004 Cumple FR103/11 4,33399

0,0003 Cumple FR105/11 4,33104

0,0003 Cumple FR106/11 4,33593

0,0005 Cumple FR107/11 4,30146

0,0001 Cumple FR207/11 4,38102

0,0003 Cumple FR208/11 4,42624

0,0003 Cumple FR214/11 4,41318

0,0005 Cumple FR304/11 4,41720

0,0004 Cumple FR304/12 4,38441

0,0005 Cumple FR304/13 4,40786

0,0004 Cumple FR304/14 4,41568

0,0006 No cumple FR304/15 4,38295

0,0003 Cumple FR304/16 4,40692

El hecho de que no se cumpla el criterio preestablecido en alguno de ellos no es relevante ya que la

comprobación se hace por triplicado y en los otros dos casos se cumple. En la siguiente tabla se

muestra un grafico de control de estas partes de control.


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Figura 12-3. Seguimiento de partes de control de filtros de 203 x 254 mm

En cuanto a los filtros de 203 x 254, la relación mencionada anteriormente ha sido estudiada pero no

es directamente proporcional ya que existe otro factor que influyen más directamente, y es que

debido a su gran tamaño y a la manipulación que se debe realizar al filtro para hacer la pesada, tras

la realización de varias pesadas se observa una bajada del valor obtenido en muchos de los casos.

Este valor está dentro de lo esperado por el criterio de pesada constante, aunque al ser un factor muy

influyente no se puede relacionar con la estabilidad de las condiciones de humedad y temperatura en

las sala de balanzas.

4,25

4,3

4,35

4,4

4,45

4,5

4,55

4,6

4,65Fr663/10

FR664/10

FR665/10

FR767/10

FR768/10

FR769/10

FR927/10

FR928/10

FR929/10

FR101/11

FR102/11

FR103/11

FR105/11

FR106/11

FR107/11

FR207/11

FR208/11

FR214/11

FR304/11

FR305/11

FR306/11

FR404/11

FR405/11

FR406/11


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No se considera necesaria la revalidación de los métodos de ensayo debido a que la climatización

obtenida antes y después de la modificación de sistema de climatización hace que las muestras estén

dentro de los criterios de la documentación de referencia.

13. Creación de base de datos para determinación gravimétrica de partículas.

En base a los descrito en el apartado 9.4 de “Materiales y métodos” y con el objetivo de mostrar el

funcionamiento correcto de la base de datos se han usado los datos de una actividad de control. La

finalidad inicial es la de evaluar el comportamiento de captadores de partículas del mismo tipo,

colocándolos a medir en paralelo, es decir, al mismo tiempo y los dos en el mismo punto de

muestreo dejando una separación de entre tres y 5 metros para captadores de bajo volumen. Esta

comparativa se ha realizado en el año 2009 y en el año 2010 y donde se ha empleado la base de

datos es en el año 2010. Esta fue la campaña pionera para comprobar el correcto funcionamiento de

la aplicación. Estos resultados fueron obtenidos con la balanza analítica adquirida, pudiéndose

comprobar también el correcto funcionamiento de la misma.

La validación de la aplicación informática se realizó trabajando paralelamente con el procediendo

trabajo que se venía realizando hasta ahora que es con los formatos en papel y con el que se propone

con la base de datos.

Para la comprobación de que funciona la base de datos, se hicieron los siguientes pasos:

- Se forma al personal para el uso de la base de datos

- Se generan los filtros a la vez anotado en papel y en la aplicación cuando se introducen en la sala

de balanza pasando a estar acondicionados y cuando pase el tiempo necesario para estar preparados

para pesada, además se debe indicar el tipo de filtro, quien realiza el acondicionamiento y cada una

de las pesadas los equipos que se emplean y el método analítico que se va a seguir.

- Se realiza la primera pesada cuando el técnico considera registrando los resultados tanto en los

formatos papel como en la base de datos al igual que la segunda pesada. Durante la realización de

las pesadas consecutivas, se realizaban comprobaciones de posibles errores del tipo de transcripción

o de no cumplir los tiempos establecidos entre pesadas o acondicionamiento. Obteniéndose un

resultado de peso inicial satisfactorio.


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- Tras obtener peso inicial constante, se procede a la adjudicación de campaña y a dar salida de las

muestras, para la realización del muestreo que este caso es la comparativa de captadores ubicados

en paralelo.

- Una vez realizado el muestreo se realiza la entrada de las muestras en la base de datos. Todos estos

procesos se han realizado de forma paralela al establecido anteriormente a modo de comprobación y

a modo de aseguramiento de no existir fallo en proceso final total.

- Se realiza primera pesada tras haber transcurrido 48 horas de acondicionamiento en la sala de

balanza como mínimo tal cual indica el método de análisis y la segunda pesada dejando entre ambas

al menso 24h y sometiendo además a la base de datos a diferentes comprobaciones de fallos de

valores de tiempos de forma intencionada para comprobar su funcionamiento.

- Por último se realiza la extracción de los resultados para la realización del informe.

Una vez finalizadas las pruebas, se realizó el estudio de los resultados obtenidos y comprobando

que son los mismos que los obtenidos en los formatos, además se corrobora que se ha mantenido en

todo momento la similitud de los resultados durante la comprobación.

Los resultados de las pruebas realizadas se en dos actuaciones la realiza en el año 2009 y la

realizada en el año2010. En la primera prueba se compararon los captadores de PM 10, para ello se

hizo muestrear tres captadores de PM 10 que siguen el método de referencia indicado por la norma,

además se colocaron también para ver el correcto funcionamiento unos analizadores automáticos de

partículas para partículas PM 10, los cuales no son de referencia.

En los resultados de la Figura.13-1.Actividad de control 2009 de captadores en paralelo, se

observa el correcto funcionamiento de la toma de muestra, gracias al correcto funcionamiento del

método de análisis. Los códigos que se muestran son de los equipos empleados, los cuales serían:

Los que comienzan como I-EQ-CBV- son captadores de bajo volumen de 2,3m3/h de flujo, con

cabezal PM 10, y dispuestos para que alojen un filtro de 47 mm de diámetro. En cuanto a los

equipos beta son analizadores que automáticos para la determinación de partículas PM 10, el

cual posee su cabezal de discriminación PM 10 también pero la determinación es a través de la

radiación β.


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Figura.13-1.Actividad de control 2009 de captadores en paralelo Como se observa en la figura anterior el comportamiento es idóneo, ya que todos los equipos

observan los cambios de cantidades partículas en cada muestreo, y todos trabajan el mismo

orden.

En la prueba realizada en el año 2010 se hizo que muestreasen dos captadores de PM 10 al

mismo tiempo y diversos días, dicho equipos cumplen los requisitos indicados por la norma. Son

captadores de bajo volumen de 2,3m3/h de flujo, con cabezal PM 10, y dispuestos para que

alojen un filtro de 47 mm de diámetro.

Con resultados que se pueden observar en la Figura13-2. Actividad de control 2010 de

captadores en paralelo, se aprecia el correcto funcionamiento de la toma de muestra, gracias al

correcto funcionamiento del método de análisis, en este caso es aplicando la base de datos.

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

1 2 3 4 5 6 7 8

microgram

os / m

3

I‐EQ‐CBV‐02 en UMI II

I‐EQ‐CBV‐05 en UMI II

I‐EQ‐CBV‐07 en UMI P

Beta UMI II

Beta UMIP


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Figura13-2. Actividad de control 2010 de captadores en paralelo

Como se observa en la grafica el comportamiento es idóneo para los captadores de partículas, ya

que todos los equipos observan los cambios de cantidades partículas, y todos trabajan el mismo

orden.

Los resultados de estas muestras se obtuvieron de dos fuentes, la base de datos y los formatos de

análisis, debido que se obtuvieron los mismo resultados, tal y como era de esperar, no se muestran

evidencias de que afecte negativamente en el método de determinación. Además se observa que el

trabajo se realiza de forma más ágil para la obtención del resultado final.

14. Discusión de los resultados de la validación

Tras la adquisición de la balanza, se realizaron las actuaciones necesarias para comprobar el

correcto funcionamiento de la balanza. Entre ellas estaba la calibración de la misma por un

laboratorio de calibración de masas acreditado y la validación del método de análisis con este

equipo en función del tipo de soporte de muestreo. Las operaciones para la validación se realizarán

en las instalaciones, con los equipos y condiciones que se usarán para los posteriores análisis.

Para garantizar la validez del método con el equipo de más reciente adquisición, se deben obtener

conclusiones satisfactorias en cada parámetro que se evalúe para la realización de la validación. Se

considera que los resultados son aceptables, si cumplen los criterios de aceptación y de rechazo que

han sido establecidos a priori. Entre estos requisitos se indicaban cuales eran los parámetros que se

0,0

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

45,0

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

microgram

os / m

3

I‐EQ‐CBV‐04 PM 10

I‐EQ‐CBV‐02 PM 10


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debían estudiar, lo cual se encuentra indicado en el apartado de “Materiales y métodos”, en la parte

de validación.

A priori se exigirían los mismos requisitos que teníamos con la anterior balanza que era la Sartorius

de lectura 10µg. Posteriormente se fue concretando hasta llegar a unos requisitos más adecuados a

los que se requerían realmente y así cumplir la principal función de la adquisición del equipo.

Dichos valores, obtenidos de más de cien filtros analizados, se encuentran en las tablas de resultados

de validación del anexo III.

Los resultados obtenidos en la validación se indicarán en función de cada método y el filtro que se

emplea, evaluando lo que se había estudiado antes y lo que se ha estudiado con el nuevo equipo de

trabajo. Cabría comentar que existen partes de la validación que no se habían estudiado

anteriormente y que durante la realización de este proyecto se han cubierto. El motivo principal por

el que no se había realizado la validación completa antes de la adquisición de la balanza era porque

una vez que se acredita a un laboratorio por una norma, Entidad Nacional de Acreditación indicaba

que como la norma ya que estaba comprobada y si se sigue los requisitos de esta no hacía falta la

validación. Posteriormente esta indicación cambió ya que cada laboratorio debía demostrar que se

cumplían dichos requisitos con los medios de los que dispone.

La validación se muestra para el método de análisis de PM 10 y de PM 2,5 en cuanto a evaluación

de los cambios obtenidos, para el caso de las partículas totales en suspensión (PTS) no se puede

evaluar el cambio, debido a que esta determinación se continúa realizando con la balanza antigua,

aún así se muestran los valores obtenidos en la validación de dichos soportes por el método indicado

en el decreto 151/2006 de la Junta de Andalucía.

Los resultados se discutirán como se ha comentado antes en función del método por el que se rige y

del soporte de muestreo empleado. Para el caso de la norma UNE-EN 12341:1999(PM 10) y la

UNE-EN 14907:2006(PM 2,5) la validación se considera la misma por indicaciones del laboratorio

de referencia nacional, Instituto de salud Carlos III. Indica que las partículas son similares en cuanto

al comportamiento según las condiciones de acondicionamiento.

- Filtro de 47 mm de diámetro Para el caso de los filtros de microfibra de vidrio, se comprueba que con la balanza nueva se ha

llegado a un límite de cuantificación inferior al que había, el cual era 10 mg/filtro, y ahora es de

1mg/filtro. Los criterios que estaban fijados con anterioridad son mayores que los actuales, pasando


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de un 10% de coeficiente de variación en precisión y veracidad a un 3%. Se ha completado la

validación cubriendo el estudio de precisión y veracidad en todo el rango (desde 1mg/filtro a 600

mg/filtro) con la balanza adquirida.

Para los filtros de mismo tamaño pero de microfibra de cuarzo se observa que con la balanza nueva

se ha llegado a un límite de cuantificación más pequeño que el que había con el de vidrio que era 1

mg/filtro y ahora es de 0.5 mg/filtro. Se completa la validación cubriendo todo el rango acreditado

que es desde 0,5 a 600 mg /filtro con la balanza actual, cumpliendo los criterios de precisión y

veracidad, los cuales son inferiores al 3%.

- Filtro de 150 mm de diámetro En la validación tanto para los filtros de microfibra de cuarzo como para los de microfibra de vidrio,

se ha llagado a cuantificar 1 mg/filtro, marcando este punto como él limite de cuantificación. Se han

realizado estudios cuantitativos en diferentes valores del rango llegando a cubrir todo el rango con

la balanza actual que iría desde 1mg/filtro a 600mg/filtro. No se pueden comprar los resultados

obtenidos actuales con los de la balanza original porque hoy hay estudios de validación con este tipo

de filtros anteriores.

- Filtro cuadrado de 203 x 254 mm Este solo hay estudios de cuarzo y puesto que se continua realizando la labor de pesaje en la balanza

original, se ha completado el estudio de validación en este proyecto, llegándose a cuantificar con

estos filtros hasta 2 mg/filtro, el cual sería el límite de cuantificación. El estudio de validación re ha

completado estudiando la precisión y la veracidad en todo el rango que iría desde 2 mg/filtro a 600

mg/filtro.

En cuanto a la validación de las partículas totales en suspensión, se emplea solo un tipo de filtro y se

sigue el método de análisis indicado en el DECRETO 151/2006 (PTS) de la Junta de Andalucía.

Este método es más permisivo que el anteriormente mencionado para la cuantificación de partículas

de PM 10 o de PM 2,5, y dado que el laboratorio sigue el indicado por estos últimos, las

condiciones de acondicionamiento quedan evidenciadas que se cumplen. Se han realizado las

pruebas con partículas no tan pequeñas como las de PM 10. Los resultados obtenidos están dentro

de lo criterios preestablecidos y este estudio se ha realizado en la balanza original, ya que se

pretende distribuir el trabajo entre las dos balanzas y esta labor está destinada a la dicha balanza. Se

puede observar en los resultados del anexo III, que con la balanza Sartorius original se ha llegado a

un límite de cuantificación 1 mg/filtro y el rango estudiado cubre hasta 1300 mg/filtro.

de 142

CONCLUSIONES

Conclusiones Trabajo Fin de Máster TQA

Página 118 de 142

El presente trabajo fin de máster ha permitido la optimización de la determinación de partículas

en suspensión en el laboratorio de calidad del aire de la Agencia de Medio Ambiente y Aguas.

Para conseguir este objetivo se han realizado las siguientes mejoras:

‐ Optimización del método de ensayo y equipamiento, con lo que se ha logrado límites de

cuantificación más bajos.

‐ Mejoras en la estabilidad de las condiciones ambientales (humedad relativa y

temperatura) en la sala de balanzas.

‐ Desarrollo de un nuevo método de tratamiento de datos.

Las mejoras se establecieron de forma escalonada en el tiempo. Posteriormente se ha

comprobado la eficacia de dichos cambios en el laboratorio.

de 142

ANEXOS

Anexos Trabajo Fin de máster TQA

Página 120 de 142

ANEXO I ESQUEMA DE LA SALA DE BALANZA.

Anexos Trabajo Fin de Máster TQA

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ANEXO II ESQUEMA DEL SISTEMA DE CLIMATIZACIÓN DE LA SALA DE BALANZA.


Página 122 de 142

ANEXO III

VALORES OBTENIDOS EN LA VALIDACIÓN

MÉTODO: UNE‐EN 12341:1999(PM 10)/14907:2006(PM 2,5)

La validación se realiza por tipo de filtro y dentro de esta se clasifica por qué equipo se realizó.

Filtro 47 mm de diámetro, vidrio

Para este método y con este filtro las características cuantificadas han sido las siguientes:

PRECISIÓN Y VERACIDAD

Balanza Original Sartorius, se cumplen los requisitos de entones

0-1. Repetibilidad, precisión termedia en filtros de 47 mm PM 10/2,5 obsoleto

Cálculo de la Repetibilidad

Código filtro Media (g) Desviación típica (S)

Coeficiente de Variación (CV) Criterio: C.V ≤ 10

I001/04-1-FB-36 0,11943 1.15 -05 0.00967 SI I004/04-1-FB-08 0,1141 1.00 -05 0.00876 SI I016/03-1-FB-28 0,12429 3.21 -05 0.02586 SI

Cálculo de la Precisión intermedia

Código filtro MediaAB Desviación típica (SAB)

Coeficiente de Variación (CVAB) Criterio: C.V ≤ 10

I001/04-1-FB-36 0,11944 1.88562 -05 0.01579 SI I004/04-1-FB-08 0,11411 7.07107 -06 0.00620 SI I016/03-1-FB-28 0,12426 3.77124 -05 0.03035 SI

0-2. Veracidad en filtros de 47 mm PM 10/2,5 obsoleto. Cálculo de la Veracidad

Código muestra E=Va – Vr/Vr*100 Criterio: E ≤ 10 E024/04-1-FB-15A - - E024/04-1-FB-15B 5.54% SI E024/04-1-FB-20B 2.49% SI


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Estudio en la Balanza Actual, según los requisitos establecidos actualmente

0-3.Veracidad, precisión 1mg, 47 mm vidrio PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Rango bajo de trabajo: 1 mg

Concentración patrón (mg): 1.19±0.07 (5.9%)

Código de soporte Peso de partículas %Error Individual Promedio Desvest C.V

FB-A 1.19 1.71 1.15 0.5 0.4 FB-B 1.16 0.87

FB-C 1.14 0.87

Veracidad

Precisión

Criterio ≤3 ≤3 ¿Cumple? SI SI

0-4.Veracidad, precisión 500mg, 47 mm vidrio PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Rango alto de trabajo: 500 mg

Concentración patrón (mg): 475.15±9.79 (2%)

Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual

Promedio Desvest C.V C.V. AB*

FB-G 469.35 0.24 0,37 0,2 0,5 1,83 FB-I 484.47 0.5

Veracidad

Precisión Precisión

intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3

¿Cumple? SI SI SI

0-5.Veracidad, precisión 500mg, 47 mm vidrio PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Rango alto de trabajo: 500 mg

Concentración patrón (mg): 475.15±9.79 (2%)

Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FB-G 469.35 0.24 0,37 0,2 0,5 1,83 FB-I 484.47 0.5

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI

LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN


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Balanza Original Sartorius, se cumplen los requisitos de entones

0-6. Límite de cuantificación, 47 mm vidrio, obsoleto. Tipo de filtro FB

Peso inicial partículas 0.010 g/filtro

Precisión C.V. = 8.9 %

Veracidad %E=6.5 %

Balanza Actual, se cumplen los requisitos actuales

0-7. Límite de cuantificación, 47 mm vidrio. Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Límite de Cuantificación 1 mg/filtro

Concentración patrón (mg): 0.68± 0.04 (5.82%)

Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FB-D 0.74 2.77 2,94 0,2 0,1 9,49 FB-E 0.68 3.12

FB-F 0.61 2.94

Veracidad



¿Cumple? SI SI NO

RANGO Rango Bajo estudiado en el límite de cuantificación para 1 mg/filtro.

Rango Medio estudiado con precisión y veracidad en 1mg, 119 mg y en 500 mg.

Rango Alto estudiado en Rango para 600 mg.

0-8.Veracidad, precisión 600mg, 47 mm vidrio PM 10 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Límite Superior: 600 mg

Concentración patrón (mg): 610.67±0.91 (0,15%)

Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FB-L 611.78 0.36 0,34 0,2 0,6 0,01 FB-M 611.65 0,11

FB-N 614.61 0.54

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI


Página 125 de 142

0-9.Veracidad, precisión 600mg, 47 mm vidrio PM 2,5. Análisis de partículas PM 2,5, según UNE-EN 14907:2006. Límite Superior: 600 mg



FB-07V 607.15 0.89

1,29 0,63 0,49 FB-11V 650.84 1.15 FB-12V 654.11 0.87 FB-13V 613.43 1.14 FB-15V 622.75 2.4

Veracidad

Precisión


Filtro 47 mm de diámetro, cuarzo

No se tienen resultados anteriores debido a que este tipo de filtros se comenzó a usar tras la adquisición de la balanza Mettler Toledo XP 26. Para este método y con este filtro las características cuantificadas han sido las siguientes:


0-10.Veracidad, precisión 100mg, 350mg, 47 mm cuarzo PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Rango Bajo de trabajo: 100 mg

Concentración patrón (mg): 118.36 ±0.08 (0.06%)

Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual Promedio Desvest C.V C.V. AB*

FL-576 112.77 0.26 0,12 0,12 1,04 0,76 FL-578 114.66 0.08

FL-579 113.42 0.02

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Rango Medio de trabajo: 350 mg


Código de soporte

Peso de partículas


FL-586 343.90 0.20 0,22 0,08 0,37 0,39 FL-580 346.41 0,15

FL-581 346.40 0.31

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI


Página 126 de 142

0-11.Veracidad, precisión 470mg, 47 mm cuarzo PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999. Rango Alto de trabajo: 470 mg

Concentración patrón (mg): 478.77 ± 3.15 (0.66%)

Código de soporte

Peso de partículas


FL-582 477.4 FL-582 0,14 0,12 0,84 0,42 FL-584 480.9 FL-584

FL-585 475.9 FL-585

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI


0-12.Veracidad, precisión 1 mg 47 mm cuarzo, PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999. Límite de Cuantificación: 1mg/filtro


Código de soporte

Peso de partículas


FL-LC1 0.99 2.06

2,07 0,72 0,35 2,52 FL-LC2 0.97 2.10 FL-LC3 0.97 2.10 FL-LC4 1.01 3.06 FL-LC5 0.96 1.03

Veracidad

Precisión Precisión intermedia

Criterio ≤3 ≤3 ≤3 ¿Cumple? SI SI SI

0-13.Veracidad, precisión 0,5 mg, 47 mm cuarzo PM 10 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Límite de Cuantificación: 0.5mg/filtro

Concentración patrón (mg): 0,48 ±0,006 (1.25%)


FL-137 0,50 2,0 1,37 1,18 0,87 FL-138 0,48 0,0

FL-139 0,49 2,1

Veracidad

Precisión



Página 127 de 142

0-14.Veracidad, precisión 100mg, 350mg, 47 mm cuarzo PM 2,5 Análisis de partículas PM 2,5, según UNE-EN 14907:2006. Límite de Cuantificación: 0.5mg/filtro

Concentración patrón (mg): 0,38 ±0.015 (3.9%)


FL-165 0,39 2,5 2,5 1,70 0,38 FL-140 0,38 2,5

FL-141 0,35 2,4

Veracidad

Precisión

Criterio ≤3 ≤3 ¿Cumple? Si SI

RANGO Rango Bajo estudiado en el límite de cuantificación para 0.5 mg/filtro y 1 mg/filtro.

Rango Medio estudiado con precisión y veracidad en 100 mg, 350 mg y 470 mg.


0-15.Veracidad, precisión 600mg, 47 mm cuarzo PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999. Límite Superior: 600 mg


Código de soporte

Peso de partículas


FL-589 613.99 0.43 0,46 0,33 0,71 0,45 FL-590 607.87 0,15

FL-592 610,15 0.80

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI

*Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por

dos analistas, A y B.


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Filtro 150 mm de diámetro, cuarzo

Para este método y con estos filtros las características cuantificadas han sido las siguientes:


0-16.Veracidad, precisión 200mg, 150 mm cuarzo PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE‐EN 12341:1999/14907:2006.

Rango bajo de trabajo: 200 mg

Concentración patrón (mg): 203.74±2,57 (1.26%)

Código de soporte

Peso de partículas


FG-V1 203.36 0.93 0,82 0,1 0,2 1,20 FG-V2 208.33 0.87

FG-V3 204.54 0.65

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI *Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por dos analistas, A y B.


0-17.Veracidad, precisión 1 mg, 150 mm cuarzo PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999/14907:2006. Límite de Cuantificación:

1mg/filtro

Código de soporte Masa en gr de las PARTICULAS AÑADIDAS Error 1 (%)

Error 2 (%) C.V

FG-697/10 0,000996 0,65 0,90

1,38

FG-698/10 0,001029 0,87 2,43 FG-699/10 0,000968 0,36 2,27 FG-700/10 0,000987 1,17 2,08 FG-701/10 0,000999 0,20 1,05 FG-702/10 0,000991 0,81 0,50

Promedio 0,68 1,54 Veracidad 1 Veracidad 2 Precisión



Rango Medio estudiado con Rango en 100 mg y con precisión y veracidad en 200 mg.



Página 129 de 142

0-18.Veracidad, precisión 600mg, 150 mm cuarzo PM 2,5 Análisis de partículas PM 2,5, según UNE-EN 14907:2006. Límite Superior: 600 mg

Concentración patrón (mg): 606.05±1.81 (0,19%)

Código de soporte

Peso de partículas


FG-V7 613.37 1.52 1,32 0,2 0,1 0,20 FG-V8 615.57 1.27

FG-V9 613.42 1.18

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI 0-19.Veracidad, precisión 100mg, 150 mm cuarzo PM 10/2,5 balanza

original Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999/14907:2006. Rango 100 mg


Error 2 (%) C.V

FG-578/10 0,108051 1,04 0,97

0,24

FG-579/10 0,095675 1,46 1,02 FG-580/10 0,100180 1,22 1,14 FG-581/10 0,100385 1,73 1,60 FG-582/10 0,100218 1,65 1,52 FG-583/10 0,100330 1,54 1,44



Filtro 150 mm de diámetro vidrio



0-20.Veracidad, precisión 200mg, 150 mm vidrio PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE‐EN 12341:1999/14907:2006. Rango bajo de trabajo: 200

mg


Código de soporte

Peso de partículas


FE-V1 209.39 0.70 1,31 1,1 0,9 0,82 FE-V2 211.28 0.61

FE-V3 215.55 2.62

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI


Página 130 de 142

0-21.Veracidad, precisión 400mg, 150 mm vidrio PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE‐EN 12341:1999/14907:2006.

Rango medio de trabajo 400 mg


Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FE-V4 406.58 1.52 1,73 0,2 0,1 0,23 FE-V5 403.30 1.82

FE-V6 404.93 1.84

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI


0-22.Veracidad, precisión 1 mg, 150 mm vidrio PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999/14907:2006. Límite de Cuantificación:

1mg/filtro Código de

soporte Masa en gr de las PARTICULAS

AÑADIDAS Masas de partículas

obtenidas Error 2

(%) FE-107/10 0,00100 0,001025 2,50 FE-108/10 0,00100 0,000985 1,50 FE-109/10 0,00100 0,00103 3,00

Promedio 0.001023 2,3 Veracidad Criterio ≤3 ¿Cumple? Si


Rango Medio estudiado con precisión y veracidad en 200 mg y 400 mg.



Página 131 de 142

0-23.Veracidad, precisión 600mg, 150 mm vidrio PM 10/2,5 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE‐EN 12341:1999/14907:2006. Límite Superior: 600 mg


Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FE-V7 618.01 1.48 1,46 0,4 0,3 0,91 FE-V8 606.99 1.04

FE-V9 607.67 1.87

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI


dos analistas, A y B.

Filtro 203 x 254 mm de sección rectangular, cuarzo.

Para este método y con este filtro las características cuantificadas han sido las siguientes, en la

balanza original:


0-24.Veracidad, precisión 200mg, 203x254mm cuarzo PM 10 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Rango bajo: 200 mg

Concentración patrón (mg): 210,11±3.42 (1.63%)

Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FR-878 207.72 0,75 0,58 0,39 0,66 1,50 FR-879 212.04 0,14

FR-880 214.25 0,86

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI


Página 132 de 142

0-25.Veracidad, precisión 400mg, 203x254mm cuarzo PM 10 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Rango Alto: 400 mg


Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FR-881 412.73 0.73 0,61 0,24 0,40 1,99 FR-882 413.34 0.76

FR-883 429.59 0.33

Veracidad





0-26.Veracidad, precisión 2mg, 203x254mm cuarzo PM 10 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999/14907:2006. Límite de Cuantificación: 2

mg/filtro


Error 2 (%) C.V

FR-620/10 0,00193 1,55 0,26

2.79

FR-621/10 0,00200 0,25 3,75 FR-622/10 0,00200 1,00 1,25 FR-623/10 0,00198 7,07 3,54 FR-624/10 0,00193 1,81 2,33 FR-625/10 0,00194 4,64 2,06




Rango Medio estudiado con precisión y veracidad en 200 mg y 400 mg.



Página 133 de 142

0-27.Veracidad, precisión 600mg, 203x254mm cuarzo PM 10 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Límite Superior 600 mg


Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FR-885 617 0,45 0,31 0,18 0,57 1,18 FR-886 612.62 0,11

FR-887 601.33 0,36

Veracidad




0-28.Precisión intermedia 200mg, 203x254mm cuarzo PM 10 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999/14907:2006. Rango 200 mg


Error 2 (%) C.V

FR-512/10 0,19951 0,49 0,54

0.25

FR-513/10 0,20047 0,31 0,26 FR-514/10 0,20073 0,19 0,14 FR-515/10 0,20032 0,15 0,08 FR-516/10 0,19993 0,27 0,40 FR-517/10 0,19982 0,10 0,01



Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999/14907:2006. Rango 200 mg


Error 2 (%) C.V

FR-512/10 0,19951 0,06 0,04

0.28

FR-513/10 0,20047 0,24 0,18 FR-514/10 0,20073 0,07 0,03 FR-515/10 0,20032 0,10 0,18 FR-516/10 0,19993 0,58 0,50 FR-517/10 0,19982 0,46 0,41



Las tablas anteriores demuestran la precisión intermedia de dos analistas


Página 134 de 142

MÉTODO: DECRETO 151/2006 (PTS) de la Junta de Andalucía

Filtro 150 mm de diámetro, vidrio, PTS



0-29.Veracidad, precisión 430mg, 150 mm vidrio PTS Análisis de partículas PTS, según Decreto 151/2006. Rango Medio de trabajo: 430 mg


Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FE-V23 430.26 1.03 1,45 1,17 0,81 2,40 FE-V24 433.17 0.55

FE-V25 452.20 2.78

Veracidad





0-30.Veracidad, precisión 1mg, 150 mm vidrio PTS Análisis de partículas PTS, según Decreto 151/2006. Límite de Cuantificación: 1 mg/filtro

Concentración patrón (mg): 1

Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FE-V2 1.22 0.81 1,09 0,51 0,47 5,96 FE-V3 1.17 1.68

FE-V4 1.29 0.77

Veracidad






Página 135 de 142

Rango Medio estudiado con precisión y veracidad en 430 mg.


0-31. .Veracidad, precisión 1300mg, 150 mm vidrio PTS Análisis de partículas PTS, según Decreto 151/2006. Límite Superior 1300 mg

Concentración patrón (mg): 1357±33.42 (2.46%)

Código de soporte

Peso de partículas

%Error Individual


FE-V20 1298 1.83 0,91 0,80 0,88 3,32 FE-V21 1366 0.55

FE-V22 1394 0.36

Veracidad



¿Cumple? SI SI SI


dos analistas, A y B. Validación de la base de datos

Índice de figuras y tablas Proyecto Fin de Máster TQA

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ÍNDICE DE FIGURAS Figura.3-1 Distribución trimodal del tamaño de las partículas ............................................................................ 15

Figura.5-1. Distribución de las cabinas de la Red de vigilancia y Control de la Contaminación del Aire de la

Consejería de Medio Ambiente de la Junta de Andalucía. (Imagen obtenida de la aplicación Google

earth). ............................................................................................................................................................... 32

Figura.6-1. Ejemplo de funcionamiento de captador de partículas ...................................................................... 39

Figura.6-2. Captadores de bajo volumen. ............................................................................................................... 39

Figura.6-3. Analizador Gravimétrico ...................................................................................................................... 40

Figura.6-4. Captador de alto volumen. ................................................................................................................... 41

Figura.9-1 Captador de Alto volumen de PM 10 ................................................................................................... 54

Figura.9-2. Captador de bajo volumen para determinación de PM 10 y PM 2,5 ................................................ 54

Figura.9-3 Captador de alto volumen para determinación de PM 2,5 ................................................................. 55

Figura.9-4.Portamuestras Figura.9-5. Cabezal de bajo caudal .................................................. 55

Figura.9-6. Captador de no secuencial de bajo volumen para PM 10 y PM 2,5 .................................................. 56

Figura.9-7. Captador de alto volumen con cabezal de PM 2,5 para filtros de 150mm y son no secuenciales ... 56

Figura.9-8.Balanza Mettler Toledo XP26, 1µ ......................................................................................................... 59

Figura.9-9.Balanza Sartorius MC 210S, 10µ .......................................................................................................... 59

Figura.9-10. Distribución de las muestras acondicionadas ................................................................................... 61

Figura.9-11.Formatos para análisis de PM 10 y de PM 2,5, recién impresos para su posterior uso ................. 63

Figura.9-12.PANTALLA PRINCIPAL ................................................................................................................... 67

Figura.9-13. IDENTIFICACIÓN ............................................................................................................................ 68

Figura.9-14.GESTIÓN DE LOTES DE FILTROS ................................................................................................ 68

Figura.9-15.ALTA DE FILTROS ............................................................................................................................ 69

Figura.9-16.COMIENZO DE PESADAS ................................................................................................................ 69

Figura.9-17.ASIGNACIÓN DE CAMPAÑAS ........................................................................................................ 70

Figura.9-18.SALIDA DE FILTROS ........................................................................................................................ 70

Figura.9-19.ENTRADA DE FILTROS MUESTREADOS ................................................................................... 71

Figura.9-20.PESADAS FINALES ........................................................................................................................... 71

Figura.9-21.RESULTADOS ..................................................................................................................................... 72

Figura.11-1. Balanza de prueba de Sartorius ......................................................................................................... 91

Figura.11-2. Balanza de prueba de Sartorius. ........................................................................................................ 92

Figuras.11-3. Propuesta de Mettler Toledo ............................................................................................................. 92

Figura 11-4. Graficas de las calibraciones de las balanzas .................................................................................... 95

Figura.11-5. Grafica de calibración de balanza adquirida Mettler Toledo (M.t), con las fechas de las

calibraciones. .................................................................................................................................................... 96

Figura.11-6. Grafica de calibración de balanza original, Sartorius con las fechas de calibraciones. ................. 96

Figura 12-1. Seguimiento de pares de control de filtros de 47 mm de diámetro. .............................................. 104

Figura 12-2. Seguimiento de partes de control de filtros de 150 mm de diámetro ............................................ 106


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Figura 12-3. Seguimiento de partes de control de filtros de 203 x 254 mm ........................................................ 109

Figura.13-1.Actividad de control 2009 de captadores en paralelo ...................................................................... 112

Figura13-2. Actividad de control 2010 de captadores en paralelo ...................................................................... 113

ÍNDICE DE TABLAS Tabla.3-1. Tamaño normal de partículas para varias sustancias ......................................................................... 13

Tabla.3-2 Tamaño predominante de las partículas para varias sustancias ......................................................... 13

Tabla.3-3 Clasificación de metales según los tipos de fuentes principales ........................................................... 17

Tabla.3-4 Clasificación de contaminante según el origen ...................................................................................... 17

Tabla.3-5. Relación entre la distancia de las partículas y el tiempo de permanencia. ........................................ 22

Tabla.5-1. Relación de contaminantes a determinar en las partículas PM 10 ..................................................... 31

Tabla.7-1.Valores objetivo y límite de las partículas PM 10 en condiciones ambientales para la protección de

la salud. ............................................................................................................................................................. 44

Tabla.7-2.Valores objetivo y límite de las partículas PM2,5 en condiciones ambientales para la protección de

la salud .............................................................................................................................................................. 45

Tabla.9-1. Tipos de soportes de muestreo en función de la norma. ...................................................................... 50

Tabla.9-2. Partes de la sala de acondicionamiento. ................................................................................................ 62

Tabla10-1. Criterios de pesada constante ............................................................................................................... 76

Tabla.10-2. Métodos de cálculo de la masa de partículas en los soportes de muestreo en función del tipo de

determinación ................................................................................................................................................... 77

Tabla.10-3. Ejemplo de esquema de validación ...................................................................................................... 80

Tabla.10-4.Fuentes individuales de la incertidumbre de la norma de PM 2,5 [UNE-EN. 14907:2006]. ............ 84

Tabla.11-1. Resultados de las pruebas de las balanzas. ......................................................................................... 93

Tabla.11-2. Calibraciones de las balanzas .............................................................................................................. 95

Tabla.12-1. Valores anteriores de humedad y temperatura medios con el equipo de climatización sin

reformar. .......................................................................................................................................................... 98

Tabla.12-2. Valores medios de Humedad y temperatura tras la reforma. ......................................................... 100

Tabla.12-3.Resumen de cantidades medias de humedad y de temperatura ...................................................... 101

Tabla.12-4. Valores de partes de control de filtros de 47 mm de diámetro. ....................................................... 103

Tabla.12-5. Valores de partes de control de filtros de 150mm de diámetro ...................................................... 105

Tabla 12-6. Valores de partes de control de filtros de de 203 x 254 mm. ........................................................... 107

0-1. Repetibilidad, precisión termedia en filtros de 47 mm PM 10/2,5 obsoleto ................................................ 122

0-2. Veracidad en filtros de 47 mm PM 10/2,5 obsoleto. ...................................................................................... 122

0-3.Veracidad, precisión 1mg, 47 mm vidrio PM 10/2,5 ...................................................................................... 123

0-4.Veracidad, precisión 500mg, 47 mm vidrio PM 10/2,5 .................................................................................. 123

0-5.Veracidad, precisión 500mg, 47 mm vidrio PM 10/2,5 .................................................................................. 123

0-6. Límite de cuantificación, 47 mm vidrio, obsoleto. ......................................................................................... 124

0-7. Límite de cuantificación, 47 mm vidrio. ........................................................................................................ 124


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0-8.Veracidad, precisión 600mg, 47 mm vidrio PM 10 ........................................................................................ 124

0-9.Veracidad, precisión 600mg, 47 mm vidrio PM 2,5. ...................................................................................... 125

0-10.Veracidad, precisión 100mg, 350mg, 47 mm cuarzo PM 10/2,5 ................................................................. 125

0-11.Veracidad, precisión 470mg, 47 mm cuarzo PM 10/2,5 ............................................................................... 126

0-12.Veracidad, precisión 1 mg 47 mm cuarzo, PM 10/2,5 ................................................................................ 126

0-13.Veracidad, precisión 0,5 mg, 47 mm cuarzo PM 10 ..................................................................................... 126

0-14.Veracidad, precisión 100mg, 350mg, 47 mm cuarzo PM 2,5 ...................................................................... 127

0-15.Veracidad, precisión 600mg, 47 mm cuarzo PM 10/2,5 ............................................................................... 127

0-16.Veracidad, precisión 200mg, 150 mm cuarzo PM 10/2,5 ............................................................................. 128

0-17.Veracidad, precisión 1 mg, 150 mm cuarzo PM 10/2,5 ................................................................................ 128

0-18.Veracidad, precisión 600mg, 150 mm cuarzo PM 2,5 .................................................................................. 129

0-19.Veracidad, precisión 100mg, 150 mm cuarzo PM 10/2,5 balanza original ................................................ 129

0-21.Veracidad, precisión 200mg, 150 mm vidrio PM 10/2,5 .............................................................................. 129


0-23.Veracidad, precisión 1 mg, 150 mm vidrio PM 10/2,5 ................................................................................. 130


0-25.Veracidad, precisión 200mg, 203x254mm cuarzo PM 10 ............................................................................ 131


0-27.Veracidad, precisión 2mg, 203x254mm cuarzo PM 10 ................................................................................ 132


0-29.Precisión intermedia 200mg, 203x254mm cuarzo PM 10 ............................................................................ 133

0-31.Veracidad, precisión 430mg, 150 mm vidrio PTS ........................................................................................ 134

0-32.Veracidad, precisión 1mg, 150 mm vidrio PTS ............................................................................................ 134

0-33. .Veracidad, precisión 1300mg, 150 mm vidrio PTS .................................................................................... 135

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BIBLIOGRAFÍA

Bibliografía Proyecto Fin de Máster TQA

Página 140 de 142

-

- Asociación Española de Toxicología. Glosario de términos toxicológicos. Versión española

ampliada por M. Repetto y P. Sanz. Sevilla: AET; 1995. (AET)

- Caracterización de Partículas de la Junta de Andalucía. A.Umbría, J.Gervilla, M.Galán,

R.Valdés.

- Code of Federal Regulations Title 40. U.S. Environmental Protection Agency Part.60. App

A. Method 5: “Determination of Particulate emissions from stationary sources”. Ed. 1996.

- Code of Federal Regulations Title 40. U.S. Environmental Protection Agency Part.60. App

A. Method 17: “Determination of particulate matter emissions from stationary sources”. Ed.

1996.

- CONAMA 8 Congreso Nacional de medio ambiente, cumbre del desarrollo sostenible “EL

MATERIAL PARTICULADO ATMOSFÉRICO” Xavier Querol Carceller.

- Cooper J. A. and Watson J. G. (1980) Receptor oriented methods of air particulate source

apportionment. J. Air Pollut. Control Ass. 30, 1116-1125.

- Curso de Introducción al material particulado atmosférico de Andalucía, Jesús de la Rosa,

2005.

- DECRETO 151/2006, de 25 de julio, “por el que se establecen los valores límite y la

metodología a aplicar en el control de las emisiones no canalizadas de partículas por las

actividades potencialmente contaminadoras de la atmósfera”, de la Consejería de Medio

Ambiente de la Junta de Andalucía

- EPA 201A.del 1997”Determinación de partículas PM10 en emisión”.

- Fitness for Purpose of Analytical Methods: A Laboratory Guide to Method Validation and

Related Topics. Edition 1.0, 1998.

- Guía para los laboratorios que realizan validaciones de métodos de análisis químicos. G-

CSQ-02 Rev. 0 Octubre 1996.

- Guía para la expresión de la incertidumbre en los ensayos cuantitativos. G-ENAC-09.

- Henry R. C., Lewis C. W., Hopke P. K. and Williamson H. J. (1984) Review of receptor

model fundamentals. Atmospheric Environment 18, 1507-1515.

- Ley de gestión integrada de la calidad Ambiental, Ley 7/2007, de 9 de Julio.

- Marcadores de calidad ambiental en Andalucía.

- Material Particulado en España: Niveles, composición y contribución de fuentes. CSIC

- Mészáros E. (1999) Fundamentals of Atmospheric Aerosol Chemistry. Akadémiai Kiado.


Página 141 de 142

- Norma UNE-EN ISO/IEC 17025. Requisitos generales relativos a la competencia de los

laboratorios de ensayo y calibración. Edición vigente

- Norma UNE 12341:1999 Determinación de la fracción PM10 de la materia particulada en

suspensión. Método de Referencia y procedimiento de ensayo de Campo para demostrar la

equivalencia de los métodos de medida al de referencia.

- Norma UNE-EN 13284-1:2002 “Determinación de partículas a baja concentración”.

- Norma UNE-EN 14907:2006. Calidad del aire ambiente. Método gravimétrico de medida

para la determinación de la fracción másica PM 2,5 de la materia particulada en suspensión.

- Norma UNE-EN 14902:2006 – Método normalizado para la medida de Pb, Cd, As y Ni en la

fracción de PM 10 de la materia particulada en suspensión en partículas en suspensión”.

- Norma UNE-ISO 16362 – “ Determinación de Hidrocarburos aromáticos policíclicos en fase

articulada por cromatografía líquida de alta resolución”

- Pág. web de cleanair, http://www.cleanair.com, fecha de visita 22/01/11.

- Pág. web de los equipos thisch, http://www.tisch-env.com, fecha de visita 05/03/11.

- Pág. web de los filtros de marca whatman, http://www.whatman.com, fecha de visita

22/01/11.

- Pág. Web de los filtros marca munktell, http://www2.munktell.se, fecha de visita 22/01/11.

- Pág. web de los equipos de marca MVC, http://www.mcvsa.com, fecha de visita 05/03/11.

- Pág. web de ENAC, http://www.enac.es/web/enac/inicio, fecha de visita 27/05/11.

- Pág. web de cálculo de humedad, http://www.lenntech.es/calculadoras/humedad/humedad-

relativa.htm, fecha de visita 05/03/11.

- Querol X., A. Alastuey, M. Viana, S. Rodriguez, B. Artiñano, P. Salvador, S. García

Dosantos, R. Fernández Patier, C. Ruiz, J. DE LA Rosa, A. Sánchez de la Campa, M.

Menéndez & J. GIL (2004). Speciation and origin of PM10 and PM25 in Spain. J.Aerosol.

Sci., 35, 1151-1172.

- Real decreto 102/2011, de 28 enero, relativo a la mejora de la calidad del aire.

- Verificación del colector de polvo Digitel DHA 80 con entrada PM 10 de conformidad con la

norma EN12341, Instituto de verificación UMEG, abril 1999.

- The physical characteristics of sulfur aerosols Original Research Article

Atmospheric Environment (1967), Volume 12, Issues 1-3, 1978, Pages 135-159

Kenneth T. Whitby.


Página 142 de 142

- Whitbv K. T.. Liu B. Y. H., Husar R. B. and Barsic N. J. (1972a) The Minnesota aerosol

analyzing system used in the Los Angeles smog project. J. Colloid Interface Sci. 39, I36 164.

- Whitby K. T., Husar R. B. and Liu B. Y. H. (1972a) The aerosol size distribution of Los

Angeles smog. .J. Colloid Interface Sci. 39, I77 -204.

- G. M. SVERDRUP, K. T. WHITBY and W. E. CLARK (1980) Characterization of

California aerosols II. Aerosol size distribution measurements in the Mojave desert.

Atmospheric Environment Vol. 9. pp. 483-494.

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