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Introducción
La contaminación del aire es un riesgo significativo para la salud humana, con impactos agudos y crónicos que afectan en especial a personas con condiciones de salud preexistentes, mujeres embarazadas, ancianos, niños y poblaciones vulnerables, como trabajadores expuestos y personas que viven en la pobreza [1].
La contaminación atmosférica se produce por la presencia de sustancias dañinas en el aire, incluyendo partículas, gases y vapores. El material particulado (MP) es un contaminante especialmente peligroso, compuesto por una mezcla de partículas sólidas y líquidas de diferentes tamaños que pueden ser inhaladas y causar daños a la salud, debido a su toxicidad y capacidad para provocar inflamación en el cuerpo [2].
El MP se categoriza principalmente por su tamaño en MP10, y MP2,5, siendo los que más se monitorean; el MP2,5 es el más nocivo, debido a su procedencia de emisiones vehiculares e industriales, lo que facilita su inhalación y absorción por el organismo [3]. Además, existen partículas ultrafinas (UF) con un diámetro inferior a 1 μm, generadas por la combustión de combustibles fósiles, biomasa y emisiones de vehículos y aeronaves, lo que las hace especialmente perjudiciales para la salud [4].
"El material particulado cuenta con una amplia gama de propiedades morfológicas, químicas, físicas y termodinámicas" [5]. "Este es emitido a la atmósfera producto de diferentes actividades, tanto naturales como antropogénicas" [6]. Las actividades humanas, como la navegación marítima, generan emisiones de gases y partículas contaminantes procedentes de los buques. Además, estudios han revelado que los vehículos también son una fuente significativa de contaminantes, liberando emisiones nocivas [7-8-9], siendo una de las principales causas del empeoramiento de la calidad del aire [10], lo que altera la mezcla de sustancias químicas en el aire en áreas específicas y regiones cercanas [11].
Este estudio proporciona una visión detallada de la dinámica y fracción del MP en sus diferentes diámetros, en un entorno urbano [12], con incidencia de las emisiones de fuentes fijas de tipo industrial y móvil en fuentes lineales [13], contribuyendo al análisis y al comportamiento de su concentración, para el desarrollo del monitoreo de la contaminación atmosférica.
El presente artículo cuenta con los siguientes apartados: metodología del estudio, que justifica la obtención de la información de meteorología y datos de concentración, caracterización de las fuentes fijas y lineales, y el análisis espacio temporal de la dinámica del MP; los resultados y su respectiva discusión sobre la dinámica del MP en la estación de monitoreo Paiba, localizada en influencia de la zona industrial de Puente Aranda y cerca de la calle 13 y la Norte-Quito-Sur (NQS); está ubicada en la aduanilla de Paiba, sede de la Universidad Distrital Francisco José de Caldas (UDFJDC); como último capítulo se presentan las conclusiones del estudio.
1. Materiales y métodos
La presente investigación consta de tres fases: ejecución de las mediciones (fase 1), caracterización de la zona de estudio (fase 2) e identificación de la procedencia de los contaminantes (fase 3). Lo anterior se presenta en la figura 1.
1.1 Fase 1: ejecución de las mediciones
Esta fase contempla dos etapas: en la primera se prepararon y calibraron los equipos, junto al moni-toreo de los contaminantes MP10, MP2,5 y partículas UF, obtenido con los equipos Teledyne AH T640X y Teledyne API M651, respectivamente; simultáneamente se realizó la medición de las variables meteorológicas obtenidas de la estación meteorológica PCE-FWS 20, en la estación de la sede Paiba. En la segunda etapa se desarrolló la descarga, compilación, procesamiento y validación de los datos meteorológicos y de la concentración del MP10, el MP2,5 y las partículas UF durante el tiempo de estudio.
1.2 Fase 2: caracterización del área de monitoreo
Con el fin de describir y analizar las características de la zona de investigación, se realizaron consultas bibliográficas y visitas a campo al área donde está ubicada la estación en la localidad de Puente Aranda, de Bogotá, Colombia, para identificar el tipo de industrias allí presentes. Teniendo en cuenta que el MP tiene la capacidad de dispersarse por la atmósfera desde décimas hasta miles de kilómetros, según el tamaño de la partícula en cuestión, para determinar el área de estudio se asumió una distancia de dos kilómetros alrededor de la estación de calidad del aire, sede Paiba, debido a que allí es donde termina la presencia de fuentes fijas de la zona industrial de la localidad de Puente Aranda. Por lo tanto, se examinó el área de estudio para indicar los tipos de fuentes fijas y lineales presentes en la misma.
1.3 Fase 3: identificación de la procedencia de los contaminantes
La identificación del origen de las fuentes que emiten partículas finas de MP10, MP2,5 y ultrafinas, se realizó mediante el software WRPLOT View, R y la librería Openair (figura 2), con el objetivo de desarrollar la rosa de los vientos para el análisis de las variables meteorológicas de dirección y velocidad del viento, así como los niveles de concentración de los contaminantes medidos y generar la rosa de los contaminantes. Los mapas generados se realizaron mediante el software ArcMap 10.7.1, el cual tiene licenciamiento estudiantil Esri Site License, otorgado por la UDFJDC.
Además, se analizó la variabilidad de cada uno de los parámetros de concentración, y de los meteorológicos, a partir de la descripción estadística, el estudio del comportamiento promedio horario y minutal, junto con los valores máximos y mínimos. Lo anterior se llevó a cabo con el objetivo de examinar la dispersión de cada parámetro, comprender y determinar la correlación, entendida como la variabilidad simultánea inversa o proporcional de dos o más variables. El análisis se realizó con la prueba de bondad de distribución normal y después se determinó la asociación de las variables con el correspondiente coeficiente de correlación (figura 3).
2. Resultados y discusión
2.1 Ejecución de las mediciones en la estación de calidad del aire de Paiba
Las mediciones del MP2,5, el MP10, las UF y las variables meteorológicas se iniciaron el 1 de diciembre de 2020 y finalizaron el 31 de marzo de 2021. En la figura 4 se visualiza el tiempo de los datos tomados y registrados por cada equipo de medición para cada contaminante.
Se obtuvieron un total de 30 754 datos de las variables de temperatura, humedad, presión, velocidad y dirección del viento y precipitación, lo cual corresponde a un 88,2 % de captura de información de los datos, con un 11,8 % de pérdida de información (debido a las fallas técnicas que se presentaron durante el tiempo de monitoreo). Mientras que para el MP10 y el MP2,5 se obtuvieron 152 978 datos, lo cual corresponde a un 87,8 %, con una pérdida de datos de 12,2 %. Para las partículas UF se obtuvo un 70,1 % de captura de datos (variable con menor porcentaje de datos capturados), con un 29 % de pérdida de datos, debido a fallas técnicas con el servidor (que no registró gran parte de los datos correspondientes a los meses de enero y marzo), en conectividad con la estación meteorológica de Paiba
2.1.1 Validación de datos
Se realizaron dos tipos de validaciones de datos: validación operativa (compilación, análisis e invalidación) y validación estadística (métodos gráficos y estadísticos [MAVDT, 2010]). El porcentaje de captura de datos de cada parámetro se relaciona con la temporalidad en la cual se toma la información, siendo de tipo minutal para los contaminantes medidos y cinco minutal para los parámetros meteorológicos (tabla 1).
Tabla 1 Porcentaje de datos capturados en la estación Paiba
| Captura de datos | Contaminante | Meteorológicos | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MP10 | MP2,5 | PUF | Temp. | Humedad | Presión | Velocidad del viento | Dirección del viento | Precipitación | |
| 152.978 | 122.081 | 30.754 | |||||||
| % | 87,8 | 70,1 | 88,2 | ||||||
Fuente: elaboración propia.
Por otra parte, aunque el equipo Teledyne API T640X presentó una falla operativa, los datos para los contaminantes MP10 y MP2,5 se cumplen con el umbral mínimo del 75 % de captura de datos [14], igual que la información de tipo meteorológico obtenida, con lo que se indica que es posible su comparación con los niveles máximos establecidos con la normatividad vigente en materia de calidad del aire.
El porcentaje de captura de datos válidos se ilustra en la tabla 2 y hacen referencia a la cantidad de datos aceptados después de su validación para el tiempo de exposición horario, con respecto a la cantidad total de datos que debieron reportarse durante el transcurso de ejecución de la medición, que es de 2904 horas.
Tabla 2 Porcentaje de datos válidos en la estación Paiba
| Captura de datos | Contaminante | Meteorológicos | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| MP 10 | MP2,5 | PUF | Temp. | Humedad | Presión | Velocidad del viento | Dirección del viento | Precipitación | |
| 2339 | 2020 | 2537 | |||||||
| % | 80,5 | 69,6 | 87,4 | ||||||
Fuente: elaboración propia.
Según la tabla 2, el porcentaje de las partículas UF es el único que no cumple con el 75 % de representatividad en el periodo de estudio, debido a que su resultado fue de 69,6 % de datos válidos, por las fallas antes mencionada, sin embargo, al no tener límites máximos permisibles de este contaminante, es posible realizar su evaluación y análisis, situación que también es posible para los contaminantes MP10 y MP2,5, y para los datos meteorológicos, los cuales cumplen con el umbral mínimo de 75 % de datos válidos. Teniendo como referencia lo anterior, la temporalidad de la información procesada y validada se muestra en la figura 4, en la que resalta que los tiempos en color rojo son la pérdida de información a causa de fallas técnicas.
2.2. Determinación de la variabilidad y correlación de los contaminantes MP10, MP2,5 y partículas UF, y parámetros meteorológicos medidos en la estación Paiba
2.2.1. Variabilidad del comportamiento de las variables de medición
De acuerdo con los registros obtenidos por el equipo Teledyne API T640X, que registra concentraciones promedio minutales a condiciones actuales del MP10 y el MP2,5 (figura 5) y se convierten a un promedio horario a condiciones estándar y de referencia, para compararlos con la norma o con otras estaciones de calidad de aire en posteriores estudios. Del MP10, la concentración máxima promedio minutal se registró el 15 de diciembre de 2020, a las 06:19 a. m., con un valor de 243,25 μg/m3, mientras que el 31 de marzo de 2021, a las 01:52 a. m. se registraron las concentraciones más bajas del MP10 y el MP2,5, a la par con un valor de 0,066 y 0,051 μg/m3. Del MP2,5, el 1 de enero, a las 03:20 a. m. se registró la concentración máxima promedio minutal con un valor de 166,97 μg/m3.
Fuente: elaboración propia.
Figura 5 Gráfica de tiempo minutai del MP10 y el MP2,5 en la estación Paiba
El equipo Teledyne API 651 contabilizó concentraciones de las partículas UF en unidades de # partículas /cm3 minutalmente. La concentración máxima promedio minutal fue de 208,54 # partículas /cm3, registrada el 6 de diciembre de 2020 a las 03:23 a. m. (no se presenta en la figura 6 para no distorsionar la escala), y la mínima fue de 0 # partículas /cm3, generada en 23 611 minutos durante el periodo de monitoreo.
Los niveles de concentraciones promedio minutales del MP10 y el MP2,5, en condiciones de referencia1, se promediaron con tiempo de exposición horario, en cuanto a las excedencias con respecto al límite máximo permisible (LMP) establecido para un periodo de exposición de 24 horas de la normatividad colombiana (75 μg/m3 para el MP10; 37 μg/m3 para el MP2,5) [15], no se registraron excedencias para el MP10, mientras que para el MP2,5 se registraron tres, presentándose los días 4, 5 y 6 de marzo, como se ilustra en la figura 7. Si el análisis se realiza con los niveles recomendados y no con las metas intermedias dadas por la Organización Mundial de la Salud (OMS), la situación para definir un posible impacto sobre los receptores sensibles, el aumento de las excedencias en calidad del aire sería del 66 % para el MP10 y del 146 % para el MP2,5.
Fuente: elaboración propia.
Figura 7 Tiempo promedio diario del MP10 y el MP2,5 en la estación Paiba
El comportamiento horario del MP10 y el MP2,5 indica que entre las 6:00 a. m. y 7:00 a. m. se presentaron las concentraciones más críticas durante el día, con valores cercanos a los 47 y 20 μg/m3, respectivamente; de nuevo, entre las 14:00 p. m. y 15:00 p. m. se produce un segundo pico de concentración con menor intensidad, llegando a concentraciones aproximadas de 35 y 16 μg/m3. Estos valores pueden estar asociados, probablemente, con las emisiones de las fuentes lineales en horas de mayor tráfico de las dos fuentes lineales influyentes, debido a la micro-localización de la estación, así como con la emisión y posterior dispersión del MP producto de los procesos productivos y de combustión de las fuentes fijas localizadas cerca al sitio de inmisión. Por otro lado, en la figura 8 se muestran las concentraciones promedio horarias de las partículas UF, en la que se indica que entre las 13:00 p. m. y las 15:00 p. m. se presentan los datos de mayor cantidad, de 0,1 # partículas / cm3.
Al analizar el comportamiento diario de los contaminantes, las mayores concentraciones del MP10 se registraron el miércoles con un valor de 41 μg/m3, seguido del martes, jueves y viernes con un valor de 39 μg/m3; los días lunes y sábado presentaron una concentración entre 31 a 32 μg/m3; el domingo arrojó un valor mínimo de 21 μg/m3. Esto coincide con los horarios de funcionamiento de las zonas industriales y fuentes de emisión presentes en las direcciones de mayor predominancia en la procedencia del viento; los domingos, en su gran mayoría, cesa la operación y las emisiones se reducen al máximo.
Fuente: elaboración propia.
Figura 8 Evolución horaria del MP10, el MP2,5 y las partículas UF en la estación Paiba
En el caso del MP2,5, las mayores concentraciones se registraron el viernes con una concentración de 19 μg/m3, seguidas del martes, miércoles y jueves con un valor de 18 μg/m3, aproximadamente; el lunes y el sábado se contó con una concentración de entre 14 a 16 μg/m3; el domingo estuvo en un valor mínimo de 10 μg/m3.
Con base a los anteriores comportamientos, se determina que los dos contaminantes tienen el mismo comportamiento con una mayor variación en el MP10 que en el MP2,5, deduciéndose así que la técnica de medición del Teledyne T640X es acorde, y que la estación se encuentra influenciada principalmente por concentraciones del MP2,5, lo que se interpreta como que hay un mayor aporte de fuentes de combustión tanto interna como externa, que de procesos productivos.
Las mayores concentraciones diarias promedio de las partículas UF se registraron los viernes y sábado, con un valor de 0,075 partículas/cm3 (figura 9), siendo más incidentes, principalmente, sobre el MP2,5. Durante los martes, miércoles y jueves se encontró una divergencia en el comportamiento de las partículas UF, por lo que hay niveles elevados del MP2,5 y el MP10, pero no hay una influencia significativa en las emisiones de partículas UF.
2.2.2. Concentraciones máximas reportadas en el periodo de estudio
Con base en los registros de los episodios de mayor concentración, MP10 y MP2,5 registraron las mayores concentraciones promedio horario el 1 de enero de 2021, entre las 2:00 a. m. - 2:59 a. m. y las 3:00 a. m. - 3:59 a. m.; en la primera hora mencionada se registró el máximo umbral de contaminación registrado durante el tiempo (concentraciones de 178,67 y 138,18 μg/m3 para el MP10 y el MP2,5, respectivamente [tabla 3]); esto se debe, en gran medida, al uso de juegos pirotécnicos en gran parte de la ciudad, debido a las celebraciones de fin de año. En cuanto al registro con mayor concentración promedio horario de las partículas UF se generó el 5 de febrero de 2021 entre las 00:00 a. m. - 00:59 a. m., con un valor de 4,35 # partículas / cm3; no fue posible inferirlo sobre un evento específico de gran escala; seguramente estuvo asociado con emisiones de fuentes móviles que transitan sobre una de las vías circundantes donde está microlocalizada la estación de calidad del aire.
Tabla 3 Concentraciones máximas promedio horario del MP10, el MP25, las partículas UF y las variables meteorológicas
| MP10 | mp2,5 | PUF | Temperatura | Humedad | Presión | WS | WD | Precipitación | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Fecha | µg/m3 | µg/m3 | # part. / cm3 | °C | % | mmHg | m/s | ° | mm |
| 01-01-2021 01:00:00 | 67,58 | 51,62 | 14 | 90,41 | 557,5 | 0,45 | 270 | 0 | |
| 01-01-2021 02:00:00 | 178,67 | 138,18 | 13,8 | 87,9 | 557,2 | 0,54 | 225 | 0 | |
| 01-01-2021 03:00:00 | 166,58 | 127,64 | 13,5 | 85,3 | 557,1 | 0,33 | 270 | 0 | |
| 05-02-2021 00:00:00 | 4,35 | 15,1 | 72,7 | 559,0 | 1,23 | 45 | 0,3 | ||
Fuente: elaboración propia.
2.2.3. Descripción estadística de las variables de concentración del MP y meteorológicas
En esta sección se ofrece un análisis detallado de las tendencias y propiedades clave de las variables de concentración de partículas (MP) y meteorológicas, basado en los datos promedio por hora recopilados en la estación de monitoreo de calidad del aire Paiba. La tabla 4 presenta los parámetros estadísticos descriptivos obtenidos por el software R, sin tener un análisis con respecto a la dirección del viento, por ser esta una variable discreta.
Según el comportamiento del MP10 se presentó una concentración promedio de 34,6 μg/m3 y, así mismo, una concentración mínima y máxima promedio horaria de 0,25 y 178,67 μg/m3, respectivamente. La desviación de la concentración del MP10 respecto a la media fue de 23,4 μg/m3 y con un coeficiente de desviación del 67,8 %, relativamente alto, lo cual coincide con la alta variabilidad de la temperatura y la condición climática de la ciudad, lo que permitió tener una atmosfera convectiva y dispersión vertical de los contaminantes.
Tabla 4 Estadística descriptiva de las variables de concentración del mp y meteorológicas
| Parámetro | MP10 | MP2,5 | PUF | Temp. | Humedad relativa | Presión | Velocidad del viento | Precipitación | |
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Unidades | μg/m3 | μg/m3 | # part./cm3 | ° C | % | mmHg | m/s | mm | |
| Medidas de posición | Min. | 0,250 | 0,124 | 0,0006 | 9,775 | 17,83 | 554,8 | 0,025 | 0,000 |
| 1° Cuartil | 16,76 | 7,265 | 0,0094 | 13,692 | 54,58 | 557,0 | 0,5625 | 0,000 | |
| Mediana | 31,825 | 13,477 | 0,0192 | 15,383 | 68,25 | 557,7 | 1,0167 | 0,000 | |
| Promedio | 34,612 | 15,815 | 0,056 | 16,059 | 65,84 | 557,7 | 1,2522 | 0,1632 | |
| 3° Cuartil | 47,819 | 21,882 | 0,0497 | 18,438 | 78,42 | 558,3 | 1,7292 | 0,000 | |
| Max. | 178,672 | 138,185 | 4,3553 | 24,725 | 97,75 | 560,4 | 4,9917 | 30,9 | |
| Medidas de dispersión | Varianza | 550,419 | 141,32 | 0,034 | 9,342 | 257,479 | 0,859 | 0,807 | 1,612 |
| Desviación estándar | 23,461 | 11,888 | 0,183 | 3,056 | 16,046 | 0,927 | 0,898 | 1,269 | |
| Coeficiente Variación de Pearson | 0,678 | 0,752 | 3,275 | 0,190 | 0,244 | 0,002 | 0,717 | z,779 | |
| Medidas de forma | Coeficiente de asimetría | 0,982 | 1,729 | 13,709 | 0,518 | -0,495 | -0,089 | 1,187 | 13,265 |
| Asimetría negativa | Asimetría negativa | Asimetría negativa | Asimetría negativa | Asimetría positiva | Asimetría positiva | Asimetría negativa | Asimetría negativa | ||
| Coeficiente de curtosis | 1,703 | 8,721 | 249,908 | -0,594 | -0,408 | -0,365 | -1,024 | 226,371 | |
| Leptocúrtica | Platicúrtica | Leptocúrtica | |||||||
Fuente: elaboración propia.
La misma tabla 4 muestra el comportamiento del MP2,5 y se obtuvo una concentración promedio de 13,4 μg/m3, con una concentración mínima y máxima promedio horaria de 0,124 y138,18 μg/m3 en el tiempo del monitoreo. Se tuvo una desviación de la concentración del MP2,5 respecto a la media de 11,88 μg/m3, en promedio, menor a la dispersión de los datos, en comparación con el MP10, pero con una mayor variación en los datos durante el periodo de monitoreo, llegando a un 75,2 %, confirmando lo concerniente al comportamiento de la estabilidad atmosférica de Bogotá, D. C. Esta es la condición incidente por excelencia en la variación de la concentración de un contaminante.
En el caso de las partículas UF, presentaron una concentración promedio de 0,0564 # partículas / cm3, con una concentración mínima y máxima promedio horaria de 0,0006 y 4,35 # partículas / cm3. La desviación de la concentración de partículas UF respecto a la media es de 0,183 # partículas / cm3, en promedio, una baja dispersión de los datos, pero adicionalmente se determinó que el 75 % de los datos tienen una concentración igual o menor a 0,049 # partículas / cm3. Las partículas UF poseen una varianza de 0,034, lo que indica que las concentraciones de este contaminante son muy próximas al promedio, pero sus diferencias hacen que la variación sea extremadamente alta, llegando al 327,5 %.
Según el comportamiento de las variables meteorológicas, la temperatura ambiente presentó un promedio de 16,05 °C, con una medida mínima y máxima promedio horario de 9,7 y 24,7 °C. La desviación de la temperatura respecto a la media es de 3 °C en promedio, y el 50 % de los datos centrales se encuentran en el rango de 13,6 a 18,4 °C. Las diferencias anteriormente expresadas, así como el resultado de la variación del 19 % confirman la amplitud en esta variable, y la posible incidencia en la estabilidad atmosférica y el comportamiento en la concentración del contaminante. En el caso de la humedad relativa, se presentó un promedio de 65,84 %, con un rango de medición mínima y máxima horaria de 17,83 y 97,75 %, respectivamente. El 50 % de los datos centrales se agrupan en el rango entre 54,58 a 78,42 %, teniendo una desviación respecto a la media de 16 %, en promedio, como una variación del 24,4 %, en coherencia con las diferencias de temperatura que se presentan en la ciudad.
La variable de presión atmosférica presentó un promedio de 557,7 mmHg, con una medida mínima y máxima promedio horario de 554,8 y 560,4 mmHg. La desviación de los datos de la presión atmosférica respecto a la media es de 0,92 mmHg, en promedio, reflejando una baja variabilidad, lo que se confirma con su coeficiente que tuvo un resultado del 0,2 %. Finalmente, para la precipitación se presentó un promedio de 0,16 mm, con una medida mínima y máxima promedio horario de 0 y 30,9 mm, obteniendo una desviación con respecto a la media de 1,2 mm, en promedio, en la que el 75 % de los datos posee una precipitación horaria nula (0 mm), lo que indica la baja incidencia de la precipitación en el comportamiento de la concentración de los contaminantes medidos y evaluados.
Los parámetros de medida de posición de las variables de concentración de las fracciones del MP y las variables meteorológicas anteriormente mencionadas, se ilustran de manera precisa en la figura 11 por medio de gráficos de caja y de bigotes de manera individual, lo que está íntimamente relacionado con los resultados de posición y dispersión de la tabla 4.
2.2.4. Correlación de las variables de concentración de MP y meteorológicas
Prueba de bondad de ajuste a una distribución normal de los parámetros de medición
Con la prueba de bondad de distribución normal se verificó si los datos presentaban una distribución gaussiana o normal. De acuerdo con el tamaño poblacional (N), el cual para la totalidad de las variables de estudio es mayor a 50, empleando la prueba Kolmogorov-Smirnov para cada una de las variables. Para llevar a cabo la prueba, se formularon las siguientes hipótesis: hipótesis nula (Ho): los datos siguen una distribución normal; hipótesis alternativa (Ha): los datos no siguen una distribución normal. Con el fin de aceptar la hipótesis nula (Ho), el valor de la significancia estadística (también denominado p) debe ser mayor a 0,05.
En la tabla 5 se observa que, para todas las variables, el valor de la significancia estadística es inferior a 0,05, indicando así que para las variables de concentración de la fracción del MP y meteorológicas en tiempo de exposición promedio horario, se descartó la hipótesis nula y se confirmó la hipótesis alternativa, lo que indica que los datos no siguen una distribución normal, por lo tanto, se optó por aplicar estadísticas no paramétricas.
Tabla 5 Prueba de Kolmogorov-Smirnov para las variables de estudio
| MP10 | MP2,5 | PUF | Temp | Humedad | Presión | WS | WD | Precipitación | ||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| N | 2339 | 2339 | 2020 | 2537 | 2537 | 2537 | 2537 | 2537 | 2537 | |
| Parámetros normales | Media | 34,613 | 15,815 | 0,056 | 16,059 | 65,838 | 557,671 | 1,252 | 202,367 | 0,163 |
| Desviación | 23,461 | 11,888 | 0,183 | 3,056 | 16,046 | 0,927 | 0,898 | 101,172 | 1,2695 | |
| Estadístico de prueba | 0,072 | 0,093 | 0,381 | 0,089 | 0,061 | 0,020 | 0,119 | 0,199 | 0,492 | |
| Sig. asintótica (bilateral) | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,026 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | |
Fuente: elaboración propia.
En la figura 12 se observa que para las variables de estudio no hay proximidad respecto a la curva normal, que se resalta para los datos centrales. Adicionalmente, en donde hubo mayor frecuencia se evidenciaron las mayores desviaciones.
Fuente: elaboración propia.
Figura 12 Histogramas para los parámetros de medición en la estación Paiba
Dado que las variables de estudio no mostraron una distribución normal, no se calculó el coeficiente de correlación de Spearman para determinar el nivel de asociación entre cada variable de MP y las variables meteorológicas.
En la tabla 6 se evidenciaron los niveles de asociación de la concentración de MP10 con las demás variables de estudio, anunciando lo siguiente: nula correlación con la velocidad del viento, por lo que no varían conjuntamente; correlación negativa débil con la presión atmosférica y la precipitación; asociación o independencia con las variables de temperatura ambiente y humedad relativa; correlación débil positiva con la temperatura ambiente y la dirección del viento.
La correlación con las variables de temperatura y velocidad del viento no posee significancia estadística (p > 0,05), es decir, la observación es producto del azar. Por último, se destacó una correlación positiva media con la concentración de las partículas UF (p = 0,462) y una correlación positiva muy fuerte con la concentración del MP2,5 (p = 0,938); estas dos últimas correlaciones son altamente significativas (p < 0,01).
Tabla 6 Correlación de Spearman de la concentración de MP10 con las concentraciones de MP2,5, partículas UF y variables meteorológicas
| Correlación ρ de Spearman | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Significancia | MP2,5 | PUF | Temp. | Humedad | Presión | WS | WD | Precipitación | ||
| MP10 | Coeficiente de correlación | p <0,01 | 0,938 | 0,462 | -0,148 | 0,151 | -0,089 | |||
| p < 0,05 | 0,045 | |||||||||
| p >0,05 | -0,044 | 0,000 | ||||||||
| P | 0,000 | 0,000 | 0,046 | 0,053 | 0,000 | 0,986 | 0,000 | 0,000 | ||
| N | 2.339 | 1.466 | 1.974 | 1.974 | 1.974 | 1.974 | 1.974 | 1.974 | ||
Fuente: elaboración propia.
Los niveles de asociación de la concentración del MP2,5 con las demás variables de estudio se muestran en la tabla 7, y evidencian una correlación negativa débil con la temperatura ambiental, la presión atmosférica, la velocidad del viento y la precipitación; esta última carece de significancia estadística (p > 0,05). Se presentó una correlación positiva débil con la humedad relativa, la dirección del viento y la concentración de las partículas UF. Se destaca una correlación positiva muy fuerte con la concentración del MP10, como se mencionó anteriormente, demostrando la bidireccionalidad de la correlación.
Tabla 7 Correlación de Spearman de la concentración de MP2,5, MP10, partículas UF y las variables meteorológicas
| Correlación ρ de Spearman | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Significancia | MP10 | PUF | Temp. | Humedad | Presión | WS | WD | Precipitación | ||
| MP2,5 | Coeficiente de correlación | p < 0,01 | 0,938 | 0,292 | -0,062 | 0,113 | -0,157 | -0,084 | 0,194 | |
| p < 0,05 | ||||||||||
| p > 0,05 | -0,027 | |||||||||
| p | 0,000 | 0,000 | 0,006 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,233 | ||
| N | 2339 | 1466 | 1974 | 1974 | 1974 | 1974 | 1974 | 1974 | ||
Fuente: elaboración propia.
Sobre las partículas UF y las demás variables de estudio, en la tabla 8 se presentan los niveles de correlación, indicando una correlación negativa débil y media con la precipitación y la humedad relativa, respectivamente. Se presentó una correlación casi nula con la presión atmosférica y la dirección del viento; esta última carece de significancia estadística (p > 0,05). Se evidenció una correlación positiva media con la temperatura.
Tabla 8 Correlación de Spearman de la concentración de las partículas UF, MP2,5, MP10 y las variables meteorológicas
| Correlación ρ de Spearman | ||||||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| Significancia | MP10 | MP2,5 | Temp. | Humedad | Presión | WS | WD | Precipitación | ||
| PUF | Coeficiente de correlación | p < 0,01 | 0,462 | 0,292 | 0,299 | -0,357 | 0,203 | -0,178 | ||
| p < 0,05 | ||||||||||
| p > 0,05 | 0,045 | 0,008 | ||||||||
| p | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,000 | 0,069 | 0,000 | 0,753 | 0,000 | ||
| N | 1466 | 1466 | 1653 | 1653 | 1653 | 1653 | 1653 | 1653 | ||
Fuente: elaboración propia.
De manera general, las variables meteorológicas tienen una asociación débil con respecto al MP10 y el MP2,5. Las partículas UF poseen una asociación media positiva y negativa con respecto a la temperatura y la humedad, respectivamente. Cabe destacar que el MP10 y el MP2,5 presentan una asociación positiva fuerte (p = 0,938), el cual se debe a la precisión de la técnica del monitor Teledyne T640X. Se determinó una asociación positiva media entre el MP10 y las partículas UF, lo cual se podría atribuir a que las partículas provienen de fuentes de proceso, en su mayoría. También, que las variables meteorológicas por sí solas tienen una asociación débil con la concentración de la fracción del MP, lo que significa que inciden indirectamente pero no son determinantes para explicar su comportamiento; por eso es que en la modelación atmosférica se emplea la estabilidad atmosférica, la cual es una condición determinada del conjunto de las diferentes variables meteorológicas, conformada por la velocidad del viento, la temperatura, la radiación y la nubosidad, las cuales en conjunto tienen un poder explicativo significativo del comportamiento de los contaminantes.
3. Conclusiones
Se realizó el acompañamiento de la medición de los contaminantes MP10, MP2,5 y partículas UF, junto con los parámetros meteorológicos, en la estación Paiba, perteneciente al Sistema de Vigilancia de Calidad del Aire (SVCA), de la Universidad Distrital, empleando los equipos automáticos Teledyne T640X y Teledyne API 651, los cuales proporcionaron datos en tiempo real con alta precisión, exactitud y confiabilidad, exigiendo un alto mantenimiento y operatividad, lo cual los hace idóneos para implementarlos en sistemas de vigilancia de control y prevención de contaminación, en especial en la activación de alertas de emergencia en el recurso atmosférico, por la capacidad de transmitir las mediciones en tiempo real.
En el periodo de estudio en el tiempo de exposición de 24 horas no se generaron excedentes al límite máximo permisible del Mp10, y del Mp2,5; solo se generaron tres excedencias, infiriendo así que el control y el cambio de tecnologías, y el uso de contaminantes más limpios, generan aportes menores a la inmisión de la zona, logrando cumplir los niveles máximos permisibles de calidad del aire. Sin embargo, se debe considerar que estos niveles están por encima de los recomendados por la OMS en 400 % para MP2,5 y en 233 % para MP10, en condiciones anuales, y del 146 % para MP2,5 y del 66 % para Mp10, en tiempo de exposición diario; esto sugiere un posible impacto negativo en la calidad del aire y hace necesaria la revisión y ajustes de los límites máximos permitidos por la norma-tividad nacional.
Según el comportamiento de las concentraciones del Mp2,5 y del Mp10, durante el tiempo de medición, se establece que las horas de mayor aporte están entre las 6:00 y 7:00 a. m., y después de las 4:00 p. m., coincidiendo totalmente con las condiciones meteorológicas de la ciudad, por los fenómenos de inversión térmica debidos a la estabilidad atmosférica.
La variación de la concentración del Mp2,5 y del Mp10 durante el periodo de medición es coherente en su comportamiento; la tendencia se da hacia una diferencia a la baja, es decir, concentraciones por debajo de los 15 μg/m3; tiene una distribución del 55,78 % y por debajo de 30 μg/m3 se presentan en el 36,88 % de los datos; esto indica que dentro de la fracción de 10 micras existe una gran parte de las de 2,5, por ende, los mayores aportantes estarían relacionados con fuentes de combustión interna o externa presentes en las áreas de transporte e industria.
Los parámetros de concentración promedio horario del MP10, el MP2,5, las partículas UF y las variables meteorológicas no se ajustan a una distribución normal, de acuerdo con los resultados del coeficiente de correlación p de Spearman, que determinan la asociación de las variables. Los parámetros del Mp2,5 y el Mp10 presentaron una correlación fuerte (p = 0,938), con una significancia estadística alta. Las variables meteorológicas obtuvieron una correlación o variación conjunta débil con los parámetros de concentración del MP10, el MP2,5 y las partículas UF.
