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Índice
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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Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Trabajo Fin de Máster TQA
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
Antecedentes
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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
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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
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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
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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.
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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.
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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.
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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:
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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
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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.
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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).
1 año civil. 25 µg/m3
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 año civil. 20 µg/m3
– 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.
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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.
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MATERIALES Y MÉTODOS
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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
150 mm diámetro sección circular
Partículas totales en suspensión.
Decreto 151 de la Junta de Andalucía, Anexo II.
150 mm diámetro sección circular
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 A 3(A) Repetibilidad X (A) S(A) CV(A)
Precisión intermedia X (AB) S(AB) CV(AB)
Analista B 3(B)
Concentración alta
Analista A 3(A) Repetibilidad X (A) S(A) CV(A)
Precisión intermedia X (AB) S(AB) CV(AB)
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.
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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
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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Figura.11-2. Balanza de prueba de Sartorius.
Figuras.11-3. Propuesta de Mettler Toledo
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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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.
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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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:
Fecha de calibración:
Fecha de calibración:
Fecha de calibración:
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:
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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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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Desviación Estándar
¿Cumple criterio? Cód. filtro
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
Desviación Estándar
¿Cumple criterio? Cód. filtro
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
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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.
Desviación Estándar
¿Cumple criterio? Cód. filtro
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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Desviación Estándar
¿Cumple criterio? Cód. filtro
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
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Resultados y discusión Trabajo Fin de Máster TQA
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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.
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CONCLUSIONES
Conclusiones Trabajo Fin de Máster TQA
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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.
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ANEXOS
Anexos Trabajo Fin de máster TQA
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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.
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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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
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
LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿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
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Concentración patrón (mg): 624.4±20.86 (3.34%)
Código de soporte Peso de partículas %Error Individual Promedio Desvest C.V
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
Criterio ≤3 ≤3 ¿Cumple? SI SI
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:
PRECISIÓN Y VERACIDAD
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Rango Medio de trabajo: 350 mg
Concentración patrón (mg): 346.34 ±1.54 (0.4%)
Código de soporte
Peso de partículas
%Error Individual Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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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
%Error Individual Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI
LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN
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
Concentración patrón (mg): 0.96 ± 0.01 (1.04%)
Código de soporte
Peso de partículas
%Error Individual Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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%)
Código de soporte Peso de partículas %Error Individual Promedio Desvest C.V
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
Criterio ≤3 ≤3 ¿Cumple? SI SI
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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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%)
Código de soporte Peso de partículas %Error Individual Promedio Desvest C.V
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.
Rango Alto estudiado en Rango para 600 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
Concentración patrón (mg): 612.32 ±4.17 (0.68%)
Código de soporte
Peso de partículas
%Error Individual Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI
*Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por
dos analistas, A y B.
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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Filtro 150 mm de diámetro, cuarzo
Para este método y con estos filtros las características cuantificadas han sido las siguientes:
PRECISIÓN Y VERACIDAD
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
%Error Individual Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI *Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por dos analistas, A y B.
LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN
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
Criterio ≤3 ≤3 ≤3 ¿Cumple? SI SI SI
RANGO Rango Bajo estudiado en el límite de cuantificación para 1 mg/filtro.
Rango Medio estudiado con Rango en 100 mg y con precisión y veracidad en 200 mg.
Rango Alto estudiado en Rango para 600 mg.
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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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
%Error Individual Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿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
Código de soporte Masa en gr de las PARTICULAS AÑADIDAS Error 1 (%)
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
Promedio 1,44 1,28 Veracidad 1 Veracidad 2 Precisión
Criterio ≤3 ≤3 ≤3 ¿Cumple? SI SI SI
Filtro 150 mm de diámetro vidrio
Para este método y con este filtro las características cuantificadas han sido las siguientes:
PRECISIÓN Y VERACIDAD
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
Concentración patrón (mg): 209.28±1.17 (0.56%)
Código de soporte
Peso de partículas
%Error Individual Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Concentración patrón (mg): 404.9±1.67 (0.41%)
Código de soporte
Peso de partículas
%Error Individual
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI
LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN
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 Rango Bajo estudiado en el límite de cuantificación para 1 mg/filtro.
Rango Medio estudiado con precisión y veracidad en 200 mg y 400 mg.
Rango Alto estudiado en Rango para 600 mg.
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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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
Concentración patrón (mg): 606.76 ± 3.97 (0.65%)
Código de soporte
Peso de partículas
%Error Individual
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI
*Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por
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:
PRECISIÓN Y VERACIDAD
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
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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0-25.Veracidad, precisión 400mg, 203x254mm cuarzo PM 10 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Rango Alto: 400 mg
Concentración patrón (mg): 416.62±11.52 (2.76%)
Código de soporte
Peso de partículas
%Error Individual
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI *Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por dos analistas, A y B.
LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN
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
Código de soporte Masa en gr de las PARTICULAS AÑADIDAS Error 1 (%)
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
Promedio 2,72 2,20 Veracidad 1 Veracidad 2 Precisión
Criterio ≤3 ≤3 ≤3 ¿Cumple? SI SI SI
RANGO Rango Bajo estudiado en el límite de cuantificación para 2 mg/filtro.
Rango Medio estudiado con precisión y veracidad en 200 mg y 400 mg.
Rango Alto estudiado en Rango para 600 mg.
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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0-27.Veracidad, precisión 600mg, 203x254mm cuarzo PM 10 Análisis de partículas PM 10, según UNE-EN 12341:1999. Límite Superior 600 mg
Concentración patrón (mg): 609.89±5.65 (0.92%)
Código de soporte
Peso de partículas
%Error Individual
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤3 ≤3
¿Cumple? SI SI SI *Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por dos analistas, A y B.
0-28.Precisión intermedia 200mg, 203x254mm cuarzo PM 10 Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999/14907:2006. Rango 200 mg
Código de soporte Masa en gr de las PARTICULAS AÑADIDAS Error 1 (%)
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
Promedio 0,25 0,24 Veracidad 1 Veracidad 2 Precisión
Criterio ≤3 ≤3 ≤3 ¿Cumple? SI SI SI
Análisis de partículas PM 10/2,5, según UNE-EN 12341:1999/14907:2006. Rango 200 mg
Código de soporte Masa en gr de las PARTICULAS AÑADIDAS Error 1 (%)
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
Promedio 0,25 0,22 Veracidad 1 Veracidad 2 Precisión
Criterio ≤3 ≤3 ≤3 ¿Cumple? SI SI SI
Las tablas anteriores demuestran la precisión intermedia de dos analistas
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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MÉTODO: DECRETO 151/2006 (PTS) de la Junta de Andalucía
Filtro 150 mm de diámetro, vidrio, PTS
Para este método y con este filtro las características cuantificadas han sido las siguientes:
PRECISIÓN Y VERACIDAD
0-29.Veracidad, precisión 430mg, 150 mm vidrio PTS Análisis de partículas PTS, según Decreto 151/2006. Rango Medio de trabajo: 430 mg
Concentración patrón (mg): 435.15 ±4.59 (1.05%)
Código de soporte
Peso de partículas
%Error Individual
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤10 ≤10
¿Cumple? SI SI SI *Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por dos analistas, A y B.
LÍMITE DE CUANTIFICACIÓN
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
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
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
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤10 ≤10
¿Cumple? SI SI SI *Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por dos analistas, A y B.
RANGO Rango Bajo estudiado en el límite de cuantificación para 1 mg/filtro.
Anexos Trabajo Fin de Máster TQA
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Rango Medio estudiado con precisión y veracidad en 430 mg.
Rango Alto estudiado en Rango para 1300 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
Promedio Desvest C.V C.V. AB*
FE-V20 1298 1.83 0,91 0,80 0,88 3,32 FE-V21 1366 0.55
FE-V22 1394 0.36
Veracidad
Precisión Precisión
intermedia Criterio ≤3 ≤10 ≤10
¿Cumple? SI SI SI
*Valor obtenido del estudio de la Precisión intermedia, en base a los resultados obtenidos por
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
Índice de figuras y tablas Proyecto Fin de Máster TQA
Página 137 de 142
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
Índice de figuras y tablas Proyecto Fin de Máster TQA
Página 138 de 142
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
0-22.Veracidad, precisión 400mg, 150 mm vidrio PM 10/2,5 .............................................................................. 130
0-23.Veracidad, precisión 1 mg, 150 mm vidrio PM 10/2,5 ................................................................................. 130
0-24.Veracidad, precisión 600mg, 150 mm vidrio PM 10/2,5 .............................................................................. 131
0-25.Veracidad, precisión 200mg, 203x254mm cuarzo PM 10 ............................................................................ 131
0-26.Veracidad, precisión 400mg, 203x254mm cuarzo PM 10 ............................................................................ 132
0-27.Veracidad, precisión 2mg, 203x254mm cuarzo PM 10 ................................................................................ 132
0-28.Veracidad, precisión 600mg, 203x254mm cuarzo PM 10 ............................................................................ 133
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
Página 139 de 142
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