Tlamati Sabiduría, Vol. 8 Número Especial 3 (2017)

5° Encuentro de Jóvenes Investigadores – CONACYT 12° Coloquio de Jóvenes Talentos en la Investigación

Acapulco, Guerrero 4, 5 y 6 de octubre 2017 Memorias

Contaminación atmosférica por material particulado pm10 en las zonas conurbadas de

Puerto Vallarta

Itzel Guadalupe Fernández Morales (Becaria)

Escuela Superior de Ciencias Ambientales de la UAGro

Programa de Verano Delfín

itzelgf27@gmail.com

Área en la que participa: I Físico- Matemáticas y Ciencias de la Tierra

Dr. Julio Cesar Morales Hernández (Asesor)

Unidad de Meteorología

Centro Universitario de la Costa

Universidad de Guadalajara

cesarbemarena@gmail.com

Mc. Víctor Manuel Cornejo López (Co-Asesor)

Unidad de Meteorología

Centro Universitario de la Costa

Universidad de Guadalajara

vicmancor@hotmail.com

Resumen

En México, los contaminantes que actualmente se utilizan como indicadores de la calidad del aire son los denominados contaminantes criterio, en esta categoría se encuentra el material particulado PM10. La región de Puerto Vallarta, en los últimos años ha tenido un crecimiento acelerado, por lo que ha requerido el desarrollo del transporte, producción de energía y actividad industrial, dando lugar, al incremento de concentraciones de material particulado PM10 en la

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atmosfera, y por lo tanto alteran la calidad del aire, convirtiéndose en un riesgo para la salud de los habitantes y turistas.

La investigación se desarrolló, por medio del monitoreo atmosférico para material particulado PM10, los valores se obtuvieron en ug/m3, fueron comparados con el Índice Metropolitano de la Calidad del Aire (IMECA). Los resultados arrojaron índices de material particulado PM10, que indican condiciones malas, por lo tanto, se necesita de un sistema de monitoreo de calidad del aire para región de Puerto Vallarta.

Palabras clave: Material particulado, calidad del aire, atmósfera, monitoreo.

Introducción

Cada día las ciudades del mundo enfrentan grandes retos ambientales, derivados del deterioro y la contaminación causada por los requerimientos para cubrir las necesidades de los que habitan las grandes urbes, forzando de ésta manera la capacidad de producción de los suelos agrícolas, contaminando el agua con desechos químicos, urbanos y la atmosfera con la quema de combustibles fósiles, dando lugar a la contaminación atmosférica (SEMADET, 2015).

De acuerdo con Martínez y Díaz (2004) definen a la contaminación atmosférica como la presencia en el aire de materias que en determinadas cantidades implican un riesgo, daño o molestia grave para las personas y demás seres vivos, bienes de cualquier naturaleza, así como que puedan atacar a distintos materiales, reducir la visibilidad o producir olores desagradables.

La contaminación atmosférica puede ser natural, producida por erupciones volcánicas o incendios forestales no provocados o por la actividad biológica de los seres vivos, este tipo de contaminación ha existido siempre y el planeta Tierra es capaz de autorregularse. Pero la más dañina y difícil de regular es la contaminación atmosférica debida a las actividades del ser humano. Los procesos industriales y la quema de combustibles fósiles son los principales focos de contaminación.

Los principales contaminantes atmosféricos urbanos del mundo y, por ello, los más estudiados, son el dióxido de azufre y el material particulado. Además del dióxido de azufre (SO2) y las partículas, otros contaminantes de interés son el monóxido de carbono (CO), el dióxido de nitrógeno (NO2) y el ozono (O3).

El material particulado se define como una mezcla compleja de sustancias en estado líquido o sólido, que permanece suspendido en la atmósfera por periodos variables de tiempo (SSA, 2014). El material particulado es un elemento importante como factor contaminante en la atmósfera de una ciudad, una zona o sitio, pueden estar depositadas sobre el suelo, aunque generalmente flotan en el aire. El tamaño de las partículas es un factor primordial para las repercusiones sobre la salud humana debido a la diferente capacidad de penetración y retención en diversas regiones de las vías respiratorias; además, el tamaño es un parámetro importante para caracterizar su comportamiento en la atmósfera y, por ende, la concentración a la que puede estar expuesta la población. Con base en esto, las partículas se han clasificado en 3: menores o iguales a 10 micras (PM10), en menores

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o iguales a 2.5 micras (PM2.5) y menores o iguales a 0.1 micras (PM0.1). Entre las afectaciones por material particulado se encuentra la tos, sibilancia, afectación de función pulmonar, ataques de asma, cardiopatías y derrames cerebrales (EPA, 2016).

Las PM10 se definen como aquellas partículas sólidas o líquidas de polvo, cenizas, hollín, partículas metálicas, cemento o polen, dispersas en la atmósfera, y cuyo diámetro es 10 µm, provienen de diversas fuentes como explotaciones agrícolas, industrias, vehículos, combustión de biomasa y centrales eléctricas (OMM, 2009), y se depositan en la región extra torácica del tracto respiratorio (nariz, boca, naso, oro y laringo faringe). Como se puede ver en la Figura 1, las PM10 son tan pequeñas que en el grosor de un cabello cabrían más de 5 partículas una tras otra, las PM2.5 son todavía más pequeñas, y en el mismo cabello cabrían al menos 20 (SIMAT, 2009).

En los últimos 15 años se duplicó la cantidad de vehículos en circulación en Jalisco, lo cual representa el incremento de emisiones contaminantes. Son pocas las investigaciones que se han realizado de PM10 en el estado. El presente trabajo pretende realizar un monitoreo de la contaminación atmosférica por partículas PM10 en las zonas conurbadas de Puerto Vallarta, Jalisco, debido a que no existen estudios previos realizados para la región.

Materiales y métodos

Para lograr los objetivos de la investigación se empleó el método que se presenta a continuación:

Búsqueda y revisión bibliográfica especializada de trabajos relacionados con la contaminación atmosférica por material particulado PM10 en otros países, en México y en la zona de estudio. Muestreo en tres zonas de Puerto Vallarta: Ixtapa, Pitillal y Centro (Malecón), ver Figura 2.

La toma de muestras se realizó 2 veces al día, una por la mañana de 8:00 a 10:00hrs, y otro por la tarde de 18:00 a 20:00 a través de un sistema de medición de partículas suspendidas PM10 portátil con sensor óptico por diferencia laser (Figura 3), el cual fue colocado a una altura aproximada de 1.5 m a 2 m.

Figura 1: Comparación del tamaño de una PM10 y una PM2.5, con el grosor de un cabello.

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Figura 2. Área de estudio de la región de Puerto Vallarta

Figura 3. Aparato de medición de material particulado PM10.

Elaboración de una base de datos atmosféricos, haciendo uso de los termodiagramas y los mapas de superficie proporcionados en la página NOAA (National Oceanic and Atmospheric Administration); y de las imágenes atmosféricas de nubosidad descargadas de la página MSFC (Marshall Space Flight Center). Así mismo, los datos fueron registrados en una base de cálculo correspondiendo los valores a fecha, hora, PM10 e IMECA´s (Índice Metropolitana de la Calidad del Aire), en valores entre 0 a 500. Estos datos ya se encontraban normalizados a la NOM-034-ECOL-1993.

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Comparación de las concentraciones de PM10 obtenidas en cada punto de muestreo y determinar la influencia con las condiciones atmosféricas que se presentaron los días de muestreo.

Resultados

Concentraciones de material particulado PM10

El Índice metropolitano de Calidad del Aire es una herramienta analítica desarrollada para informar sobre los niveles de contaminación de manera fácil y oportuna a la población, de tal forma que funcione como un indicador de las medidas precautorias que debe tomar la población ante una contingencia atmosférica.

De acuerdo con los resultados obtenidos en los diferentes puntos de muestreo, cada uno de estos, se pueden clasificar según la condición en la que se ubiquen los datos dentro de la Tabla 1 interpretación IMECA (buena, regular, mala, muy mala o extremadamente mala).

Tabla 1. Interpretación del IMECA

En la Figura 4, se observan las concentraciones de material particulado PM10 del punto Ixtapa, donde se indica un rango de 51-100 ug/m3, por lo tanto, se tiene una calidad del aire regular para dicha zona.

Las concentraciones de ug/m3 en el punto Centro (Figura 5), catalogan la zona en condiciones malas, los datos obtenidos se encuentran en un rango de 101-150.

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Figura 4. Valores de IMECAS en punto Ixtapa.

Figura 5. Valores de IMECAS en punto Centro.

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Figura 5. Valores de IMECAS en punto Pitillal.

En el área de monitoreo que corresponde al punto Pitillal los valores de las concentraciones de material particulado PM10, se encontraron en categoría mala en los días lunes, martes, miércoles y viernes, para el día jueves las condiciones fueron muy malas (Figura 6).

Figura 6. Comparación de los valores de IMECAS de los tres puntos de muestreo.

En la Figura 7, se muestran todos los valores obtenidos en los tres puntos de muestreo, la mayor concentración de ug/m3 se registró en el punto Pitillal, con categoría mala y muy mala. En el punto Ixtapa se obtuvieron los valores más bajos del monitoreo, para la zona las condiciones son regular. El valor menor de material particulado se obtuvo el día lunes en punto Ixtapa, mientras

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que, el mayor valor se registró el día jueves en punto Pitillal, lo que dio lugar a condiciones muy malas para la zona.

Relación sistemas atmosféricos – concentración de PM10

Existe un estrecho vínculo entre la calidad del aire y el sistema tiempo-clima, ya que fenómenos como el viento, la lluvia, la luz solar y las variaciones de la temperatura, controlan el transporte y la duración de los agentes contaminantes; pero también por otra parte, las partículas y los gases presentes en la atmósfera pueden modificar la manera en que el planeta absorbe o refleja el calor, y puede hacer demorar o propiciar la precipitación.

Para tener resultados más sólidos, se realizó un análisis de los sistemas atmosféricos presentes, y las concentraciones de material particulado PM10 obtenidas en cada uno de los días muestreados, para observar si la variación de los datos se vio influenciada por dichas variables. Por lo que se pudo observar claramente que en algunos de los días se aprecia la relación de los sistemas atmosféricos presentes y las concentraciones obtenidas. Como es el punto Ixtapa donde se registraron las concentraciones mínimas de toda la evaluación, o bien el punto Pitillal donde se registraron las mayores concentraciones del monitoreo.

3 de julio - Punto Ixtapa

En el mapa de superficie (Figura 8) se puede observar que la zona estaba bajo influencia de un sistema de baja presión asociado a un Sistema frontal, que avanza constantemente al sureste.

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Figura 7. Mapa de superficie del 3 de julio de 2017.

En el termodiagrama, se observa que hay una inversión térmica y la atmósfera cargada de humedad con movimientos convectivos (Figura 9).

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Figura 8. Termodiagrama del 3 de julio de 2017.

De acuerdo a la imagen de vapor, se observa una masa de nubosidad y por lo tanto, en el monitoreo los datos arrogaran poca cantidad de partículas suspendidas en el aire, por la presencia de H2O suspendida en la atmosfera (Figura 10).

Figura 9. Imagen de vapor.

10 de julio - Punto Pitillal En el mapa según el análisis se puede observar fuerte sistema de alta presión, en niveles

bajos o en superficie, uno con centro en el Pacífico y otro en el Atlántico, con movimiento anticiclón y presencia de movimientos subsidentes, lo que trae cielos despejados. La alta presión genera estabilidad en la atmosfera provocando mayores concentraciones de pm10 (Figura 11).

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Figura 10. Mapa de superficie del 10 de julio.

En el termodiagrama (Figura 12) se aprecia que la zona de Puerto Vallarta registra una inversión térmica que propicia la concentración de partículas suspendidas.

Figura 11. Termodiagrama del día 10 de julio.

De acuerdo a la imagen de vapor (Figura 13), se observa un espesor con condiciones totalmente secas.

Discusión y Conclusiones

Con base en los resultados obtenidos del monitoreo de material particulado PM10, se puede observar en la Figura 7, que la zona con los valores más altos de IMECA fue Pitillal, seguida del Malecón y finalmente en Ixtapa. De acuerdo a la base de datos creada, los resultados arrojaron condiciones regular para el punto Ixtapa, categoría mala para la zona del centro, los valores IMECAS del punto Pitillal reflejaron condiciones malas y muy malas.

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Figura 12. Imagen de vapor

Se utilizaron los sistemas atmosféricos para explicar mejor la variabilidad de los datos de PM10, se observó la influencia de las condiciones meteorológicas que se presentaron durante el monitoreo, como es el caso del 3 de julio que la zona de Ixtapa se encontraba bajo la influencia de un sistema de baja presión (Figura 8), también pudo observar la influencia del sistema frontal (Figura 10) que disperso los contaminantes y no permitió la acumulación en dicha zona, por lo tanto los valores de PM10 son bajos.

Por otro lado, para el punto Pitillal el 10 de julio, se observa en la Figura 11, un sistema de alta presión en niveles bajos de la atmosfera, lo que ocasiona estabilidad y cielos despejados, además se presenta una inversión térmica (Figura 12) y condiciones totalmente secas (Figura13), que favorece la concentración de partículas en la zona, por estas razones, es que se presentaron valores altos de material particulado PM10.

Se puede sostener de acuerdo a los resultados que la región de Puerto Vallarta requiere de un sistema de monitoreo de calidad del aire de partículas PM10, para crear una base de datos más solidificada y así a través de los resultados, generar y proporcionar la información necesaria a científicos, legisladores y planificadores para que ellos tomen las decisiones adecuadas a favor de la gestión y mejora de la calidad del aire.

Agradecimientos

En primer lugar, gracias, a dios por permitir vivir, y así mismo agradezco la oportunidad realizar el verano de investigación.

A mi familia, por brindarme la confianza y apoyo en esta etapa.

Gracias, de corazón, al Dr. Julio Cesar Morales Hernández por sus conocimientos compartidos, dedicación, paciencia, motivación y buen criterio, cuya colaboración es la base de este proyecto.

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Agradezco a mis compañeros de verano por el apoyo mutuo. De manera especial, gracias a mis compañeras Yameli y Annel por su motivación, apoyo y simpatía.

A los colaboradores del centro universitario de la costa de la UDG, gracias por su atención y amabilidad.

Gracias al programa delfín y la UAGro por darme la oportunidad de realizar el verano de investigación, también por seguir fomentando actividades de investigación.

Referencias

EPA (2016) “Guía de la calidad del aire por partículas”, p. 2. Obtenido de: https://www3.epa.gov/airnow/air-quality-guide_particle_SPA.pdf.

Martínez Ataz, E., Díaz de Mera Morales, Y. Contaminación atmosférica. Universidad de Castilla-La Mancha. pag. 13

George C. Marshall Space Flight Center https://weather.msfc.nasa.gov/GOES/

Manuel-Carnicer, J. (2007). Contaminación ambiental: contaminación atmosférica. 6-7p.

National Hurricane Center (2017) http://www.nhc.noaa.gov/?epac

OMM (2009) El tiempo, el clima y el aire que respiramos. Ginebra. Obtenido de: https://library.wmo.int/pmb_ged/wmo_1035_es.pdf

SEMADET (2015) Informe de la calidad del aire 2015. Guadalajara, Jalisco.

SIMAT (2009) “Por qué el cielo está gris”, p. 2. Obtenido de: http://www.aire.cdmx.gob.mx/descargas/publicaciones/simat-folleto-simat.pdf

SIMAT (2012) “Historia del monitoreo de la calidad del aire en la ciudad de México”. Obtenido de: http://www.aire.cdmx.gob.mx/descargas/publicaciones/simat-cartel-linea-tiempo.pdf

SSA (2014) NOM-025-SSA1-2014, Salud ambiental. Valores límite permisibles para la concentración de partículas suspendidas PM10 y PM2.5 en el aire ambiente y criterios para su evaluación. Ciudad de México. Obtenido de: http://www.dof.gob.mx/nota_detalle.php?codigo=5357042&fecha=20/08/2014