Estudio de Exposición Personal a Nano-Partículas considerando Variables

Meteorológicas en Corredores Viales de la Localidad de Chapinero

Lorena C. Bonilla P.1, Jaime A. Rueda2, Edgar A. Molano3, Iván F. Robayo4

Universidad Distrital Francisco José de Caldas de Bogotá1, Secretaría Distrital de Ambiente de Bogotá2,3,4

Resumen

El estudio presenta las concentraciones de nano-partículas a nivel respirable en 4 diferentes tipos de vías

paralelas de una misma zona de la ciudad de Bogotá, Colombia: la Carrera Séptima, la Carrera 13, la Avenida

Caracas y la Carrera 15; considerando la influencia de variables meteorológicas como la velocidad y dirección

del viento, temperatura y humedad relativa; así como variables relacionadas a la tecnología y cantidad de

fuentes de emisión que circulan por cada uno de los corredores. Para las mediciones se utilizó un contador de

partículas por difusión DiSCmini, acompañado de una estación meteorológica portable Davis ubicada a 2,5 m

de altura. La campaña de medición se llevó a cabo desde el 15 de diciembre de 2015 hasta el 19 de febrero de

2016, durante días hábiles en horas pico (entre las 6 y 8 am), debido a los registros diarios de PM2.5 y Black

Carbon que se reportaron en los equipos de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de la ciudad. Dos

metodologías de medición fueron evaluadas, una considerando un solo punto de medición a un costado de la

vía y la segunda considerando los dos costados de la vía y el andén central en el caso que existiera. Por otro

lado se caracterizó cada corredor de forma espacial y con conteos vehiculares discriminados por tipología. Los

resultados evidenciaron diferencias estadísticas entre metodologías, entre los que se resalta diferencias en las

concentraciones para cada uno de los corredores, asimismo se encuentra incidencia de la cantidad de vehículos

y las concentraciones registradas, por ejemplo, en la Carrera 15 donde la cantidad de vehículos que circula por

hora es inferior a 20, no se presentan excedencias por concentraciones mayores a 1’000.000 #/cm3, a diferencia

de los demás corredores donde las excedencias son cercanas al 15% del total de datos registrado. Al comparar

la concentración de nano-partículas con las variables meteorológicas se presentan bajas correlaciones

utilizando la correlación de Pearson.

Abstract

This study present concentrations of nano-particles at the breathing zone in 4 different types of parallel roads of

the same area in the city, Bogota Col: The Carrera 7, Carrera 13, Avenida Caracas and Carrera 15; considering

influence of meteorological variables such as wind speed and direction, temperature and relative humidity; as

well as variables related to technology and number of emission sources circulating in each of the streets. Nano-

particle concentration measurements were developed using a Diffusion Size Classifier DiSCmini, also was used

a portable weather station Davis located to 2.5 m height. The measurement campaign was carried out from

December 15 of 2015 to February 19 of 2016, during working days in rush hour because of recordings of PM

2.5 and Black Carbon according to the Air Quality Monitoring Network. Two methodologies were evaluated; one

considering a single measurement point on one sidewalk of the street and the second methodology considering

the two sidewalks of the street and the central pavement when exist, each street was characterized spatially and

vehicle counts picked out for types. The results show statistic differences between methodologies, also

differences in the concentrations of each of the streets, high incidence of variation of the data in those with high

number of vehicles. In example, over Carrera 15 the amount of vehicles circulating per hour is less than 20 and

not presented exceedances for concentrations higher than 1’000.000 #/cm3, in contrast other corridors where

exceedances are close to 15% of total data recorded. The comparison between nano-particles concentration

and the meteorological variables show low correlations using the Pearson correlation.

Palabras clave: Nano-partículas, fuentes móviles, exposición personal, meteorología, Programa de Filtros de

Partículas Diésel para Bogotá (BDPF).

1. Introducción

El Plan Decenal de descontaminación del Aire para Bogotá, adoptado mediante el Decreto Distrital 098 de 2011,

busca reducir las emisiones de contaminantes atmosféricos, priorizando el material Particulado como

contaminante criterio, debido a su cantidad de excedencias a la norma nacional de calidad del aire. Una de las

estrategias de reducción de material particulado en la ciudad, es el Programa de Filtros de Partículas Diésel -

DPF para Bogotá, actualmente este se encuentra en su fase de revisión para los buses objeto de

reacondicionamiento (del SITP (sistema integrado de transporte público) zonal y troncal) presentando altas

eficiencias en reducción de emisiones de nano-partículas (superiores al 97%) en los buses con el dispositivo

instalado, según el grupo Plan Decenal de Descontaminación del Aire de la SDA.

El Material Particulado - PM, entendido como las partículas sólidas suspendidas en el aire, está conformado

por una mezcla compleja de sustancias orgánicas e inorgánicas que pueden variar según tamaño, composición

química y fuentes de emisión (Lazaridis, M., Colbeck, I. 2010). La flota de transporte público en Bogotá genera

emisiones de PM, según el inventario de emisiones de fuentes móviles, para el 2012 este sector aportaba cerca

del 40% de las emisiones de PM (Secretaría distrital de Ambiente; Universidad de la Salle. 2013). Por otro lado,

en las zonas urbanas, la caracterización espacial de PM puede ser complicada por la presencia de cañones

urbanos y bordes de la carretera, tales como barreras, carreteras elevadas o deprimidas, presencia de árboles

y arbustos (Hagler y col., 2012 , Hagler et al., 2010 , Ning et al. de 2010 y Vardoulakis et al., 2003). Los

estudios sugieren que los bordes, la topografía y demás características que pueda poseer la carretera

disminuyen las concentraciones cerca a esta, pero aumenta las concentraciones en la carretera por influencia

de los vehículos como principales protagonistas (Finn et al., 2010 , Hagler y col., 2012 , Ning et al.,

2010 y Steffens et al., 2014).

Actualmente la elevada exposición personal a contaminantes atmosféricos es uno de los principales problemas

a tratar en las ciudades. Al respecto, la Organización Mundial de la salud informa que en 2012 cerca de 7

millones de personas murieron como consecuencia de la exposición a la contaminación atmosférica en el mundo

(Organización Mundial de la Salud, 2014). Asi mismo, la calidad del aire se ve afectada notablemente por

contaminantes de diversas características lo que tiene alto impacto en la salud pública. Actualmente, el registro

de estaciones fijas de monitoreo de calidad del aire no son representativas de las condiciones reales de

exposición de la población. En este sentido, numerosos estudios han identificado concentraciones elevadas de

contaminantes atmosféricos presentes en entornos cercanos a la carretera (Karner et al., 2010). La gran

mayoría de estos estudios se llevaron a cabo en lugares cercanos a la carretera sencillas, con topografía en

grado y sin obstrucciones al flujo de aire entre la calzada y la ubicación de vigilancia. De acuerdo a un estudio

que se realizó en las cercanías de una concurrida calle en Swansea, Reino Unido para las concentraciones de

nano-partículas se obtuvieron concentraciones medianas de partículas con tamaño entre 7nm y 93 nm de

alrededor 31545 cm3, también se realizaron mediciones de partículas ultrafinas de concentración mayor a 46615

cm3 influenciado principalmente por el volumen vehicular que transita por la vía y las variables meteorológicas

que fueron medidas teniendo en cuenta las siguientes consideraciones: ubicación del pluviómetro a 4 Km del

sitio de muestreo de partículas, en el caso de la velocidad y dirección del viento se ubicó el instrumento a 5 m

y 10 m de altura por encima del muestreador de partículas (Gill, Lymington, Reino Unido,2014); según los

resultados que arrojó el estudio, el efecto de la dirección del viento sobre las concentraciones de las partículas

ultrafinas y finas se presentan desde el norte hacia el sur de la calle (transversal al cañón calle), para la velocidad

del viento se utilizó el PCA (análisis de componentes principales) el cual arrojo una relación inversa entre la

velocidad y la concentración de nano-partículas, los resultados de la temperatura arrojados por el PCA señala

que la correlación con las concentraciones para el rango de las nano-partículas es negativa (Price, Heather et

al, 2014), por otro lado para el caso de la humedad relativa no hay una aclaración cuantitativamente de la

relación con las concentraciones de nano-partículas pero otros estudios han encontrado poca o ninguna relación

entre la concentración y la humedad relativa (Wu et al.,2008).

La Secretaria Distrital de Ambiente desde la Subdirección de Calidad del Aire, Auditiva y Visual en el Grupo de

PDDAB ha iniciado desde el año 2015 la medición de exposición personal a nano-partículas, entendiendo

exposición personal como la medición de contaminantes en la zona respirable de una persona (Lazaridis, M;

Colbeck, L., 2010). Teniendo en cuenta antecedentes bibliográficos y los resultados obtenidos hasta el

momento, se ha evidenciado una alta variación de las concentraciones de nano-partículas por factores

meteorológicos como: temperatura, velocidad y dirección del viento, de movilidad, donde se presentan

concentraciones más elevadas en sitios cercanos a vías de alta afluencia vehicular (Buonanno et al.,2009; . Zhu

et al. 2002), espaciales: según las características del microambiente (túneles, cañones urbanos, parques, vías

principales, vías secundarias) y temporales: teniendo en cuenta la época del año y hora del día en que sean

realizadas las mediciones.

El presente estudio establece la línea base de concentración de nano-partículas en cuatro (4) corredores viales

ubicados de manera paralela en un mismo sector de la localidad de Chapinero, Bogotá Col, siempre

considerando las variables meteorológicas para identificar la procedencia del contaminante. Con los resultados

obtenidos se busca realizar un seguimiento a las estrategias de reducción de emisiones realizados por el

PDDAB, así como analizar y comprar el nivel de exposición de nano-partículas a nivel respirable en cuatro

corredores viales paralelos de la localidad de Chapinero, considerando la incidencia de variables

meteorológicas. Los objetivos específicos son: (1) Establecer líneas base de concentración a nano-partículas

en diferentes microambientes de la ciudad, que permitan realizar seguimiento a las estrategias de reducción de

emisiones ejecutadas por el PDDAB, y (2) Analizar y comparar el nivel de exposición personal a nano-partículas

en los puntos de muestreo y su posible variación con respecto a variables meteorológicas, de tráfico y de

tecnologías vehiculares.

2. Método de medición

2.1 Descripción del sitio de muestreo

Este estudio se centró en 4 vías de la localidad de Chapinero de la Ciudad de Bogotá, 3 de ellas son vías

principales que conectan el sur con el norte de la ciudad, las cuales son las Avenidas; Carrera 7, 13 y Caracas;

así como una vía terciaria dentro de una zona residencial, la Carrera 15 y un punto de la zona ubicado a 15

metros de altura en la terraza de la SDA en la Avenida Caracas con Calle 54a. La zona de estudio se caracteriza

por tener concentraciones de PM2.5 de 11 a 20 µg/m3, dicho valor en comparación con otras zonas de la ciudad

tiene el segundo lugar con baja concentración de PM2.5 dentro del escalafón de las zonas de estudio según el

informe de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire para Bogotá del 2014, figura 1.

Las concentraciones medidas en la terraza de la SDA fueron comparadas con las concentraciones de la

estación fija más cercana de la Red de Monitoreo de Calidad del Aire de la SDA que en este caso es la estación

Sagrado Corazón ubicada en el Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible, como se observa en la figura

1.

Figura 1. Mapa de concentración de PM2.5 del 2015 para Bogotá DC, fuente: Red de Monitoreo de Calidad del Aire, 2015

Para cada una de las vías de estudio, se presentan los elementos espaciales característicos como son: las

calzadas mixtas o de uso exclusivo de Transmilenio (TM), los andenes oriental u occidental, el separador central

y la ciclo ruta obteniéndose el ancho total de la vía y por otro lado la altura media de los edificios, tabla 1.

Además, hay que tener en cuenta que en las 4 vías de estudio no se presenta una barrera vegetativa

consecutiva y relevante para los puntos de medición.

Tabla 1. Dimensión de los elementos geométricos para cada vía de estudio, fuente: autores, 2016 Vías Andén

Oriental

Ciclo Vía

Calzada Mixta

S-N

Calzada TM S-

N

Separador

Central

Calzada TM N-

S

Calzada Mixta

N-S

Andén Occide

ntal

Ancho total de la

vía

Distancia Calle. 53 - punto de medición

Altura Media

Edificios

Carrera 7 260 cm - 1046 cm

- 98 cm - 1058 cm

592 cm 3054 cm 7461 cm 829,6 cm

Carrera 13 521 cm 195 cm

950 cm - - - - 680 cm 2346 cm 3100 cm 809 cm

Avenida Caracas

917 cm - 625 cm 725 cm 475 cm 725 cm 630 cm 850 cm 4947 cm 4852 cm 1086 cm

Carera 15 248 cm - 731 cm - - - - 233 cm 1212 cm 2882 cm 806,5 cm

También se caracterizó cada vía de estudio a partir de los vehículos que circulan por estas, basados en los

aforos vehiculares muestreados por la Secretaria de Movilidad (Secretaría Distrital de Movilidad, 2014), allí se

tuvo en cuenta los aforos de la Carrera 7 con Calles 45, 85 y 127 del 2014, la Carrera 13 con Calle 63 del 2014

y la Avenida Caracas con Calle 53 del 2014, para el caso de la Carrera 15 el estudio no contaba con aforos, así

que se realizaron por parte del equipo de trabajo en un punto ubicado entre las calles 54 y 55 en días hábiles

del año 2015. Para las mediciones y análisis se tuvo en cuenta el número de vehículos por tipología como son

servicio público troncal, transporte especial (ambulancias, vehículos escolares o de turismo), motos (2T, 4T),

servicio público zonal, camiones de carga (2 ejes, 4 ejes, etc.) y vehículos particulares, los cuales fueron

promediados en las 3 horas de medición como se puede observar en el anexo 1 y representados en la figura 2.

En la figura 2 se distribuyen la cantidad de vehículos por tipología, para cada una de las vías de estudio,

adicionalmente, en la tabla 2 se observa la cantidad de tipos de vehículos por vía y sentido de la calzada; este

para evidenciar las condiciones de cada vía y por ende la relación con los resultados de las mediciones

realizadas.

Figura 2. Aforos vehiculares por tipología en las cuatro vías de estudio, fuente: Secretaria Distrital de Movilidad, 2014

Tabla 2. Aforos vehiculares por tipología en cada una de las vías de estudio según el sentido de circulación, fuente: Secretaria Distrital de Movilidad, 2014

Vía Sentido Motos Vehículos particulare

s

Camiones de Carga

Servicio Público Zonal

Transporte Especial

Servicio Público Troncal

Total

Carrera 7 S-N 90 358 8 116 11 0 584

N-S 54 350 5 57 6 0 472

Carrera 13 N-S 27 123 4 67 2 0 223

Carrera 14 S-N 25 244 9 0 5 74 357

N-S 11 270 3 0 6 65 356

Carrera 15 N-S 8 22 3 0 1 0 34

2.2 Metodología de medición

Se utilizó un monitoreo estático en cada una de las vías en el transcurso de 3 meses, desde Diciembre de 2015

a Febrero de 2016, en total fueron 25 días efectivos de medición, en cada vía se midió la exposición personal

a nano-partículas y las variables meteorológicas de temperatura, humedad, velocidad y dirección del viento;

teniendo en cuenta el rango horario de mayor concentración de PM2.5 según la estación móvil de la Red de

monitoreo de Calidad del Aire RMCAB, comprendido entre las 6 am a 9 am en días hábiles. La vía de inicio de

medición se determinó de manera aleatoria. Se utilizaron dos metodologías asociadas a los puntos de medición

en cada uno de los corredores: La primera metodología, considera un punto de medición ubicado a un costado

1

10

100

1000

Carrera 7 Carrera 13 Avenida Caracas Carrera 15

Num

ero

de v

ehic

ulos

/hor

a (lo

g 10

)

Vias de estudio

Vehículosparticulares

Camiones deCarga

Servicio PúblicoZonal

Motos

TransporteEspecial

Servicio PúblicoTroncal

de la calzada y la segunda, considera distintos puntos de medición en los dos costados de la vía y en el

separador central si lo hay, tal como se puede observar en la figura 3.

Figura 3. Mapa del sitio de muestreo en las vías de estudio y los puntos de medición, fuente: Arcgis, 2016

Para las dos metodologías, se realizaron mediciones diarias de 18 minutos/vía, la diferencia se encuentra que

en la metodología 2 se dividió el tiempo previsto entre el número de puntos de medición así: para las vías

carrera 7 y 14 el tiempo de medición fue de 6 minutos/punto y en las vías carrera 13 y 15 el tiempo de medición

corresponde a 9 minutos/punto; con respecto a los datos meteorológicos, estos corresponden a las mediciones

del costado oriental. Para las mediciones realizadas en campo se llevó una libreta de apuntes, como bitácora

para escribir las observaciones y eventos relevantes que pueden ser los causantes de concentraciones

excedentes (mayores a 1’000.000 #/cm3), así como la duración de los semáforos y el cambio de luces de rojo

a verde para en caso de que lo tuvieran.

Por otro lado, se realizaron mediciones complementarias de concentración de nano-partículas y de

meteorología a una altura aproximada de 15 m y un tiempo de 18 minutos, desde la Terraza de la Secretaría

Distrital de Ambiente (SDA) que se encuentra en la Avenida Caracas con Calle 54, figura 4, posterior a la

terminación de las mediciones en los 4 corredores viales. Las mediciones de la terraza se compararon con los

registros de la estación de monitoreo continuo más cercana de la RMCAB, correspondiendo a la estación del

Sagrado Corazón en el Ministerio de Ambiente, ubicada en la Calle 37 con Carrera 8 a 18 metros de altura

aproximadamente, los contaminantes que se miden allí son: PM10, PM2.5 y Ozono; y las variables meteorológicas

que se miden son: precipitación, velocidad y dirección del viento, Figura 4.

Para todos los puntos de medición, el DiSCmini estuvo ubicado a 1 metro de altura desde el piso y en las 4 vías

de estudio, la distancia de la estación meteorológica entre las calzadas vehiculares y los andenes oriental y

occidental fue de aproximadamente 2 metros. Además, la estación meteorológica portable estuvo ubicada a

una altura de 2,5 m en el mismo sitio donde se realiza la medición de nano-partículas.

Figura 4. Mapa ubicación espacial de las estaciones de la terraza SDA y el Sagrado Corazón, fuente: Arcgis, 2016

2.3 Equipos de medición

La concentración en número de nano-partículas y el diámetro promedio se midió usando un contador de

partículas por difusión marca Matter Aerosol DiSCmini, el cual detecta partículas que varían en tamaño de 10

a 700 nm, mide concentraciones entre 1.000 a 1’000.000 #/cm3 con un rango de flujo de 1 L/min +/- 0,1 L/min.

Antes de comenzar las mediciones para cada punto de estudio se realizó una calibración del cero en el equipo,

como lo determina el manual del equipo.

Para el monitoreo de las variables meteorológicas se utilizó una Estación Meteorológica Portable marca Davis

Instruments Vantage Pro2, la cual cuenta con una consola para configuración y monitoreo de las variables

registradas por la estación, tales como humedad relativa, presión barométrica, temperatura, velocidad y

dirección del viento. El anemómetro se utiliza para medir la dirección y velocidad del viento, se miden 16

direcciones del viento, tanto primarias como secundarias en unidad de grado, la velocidad media del viento

aparece como promedio de 10 minutos y la unidad que se utilizan es m/s. La estación tiene el sensor de

temperatura exterior en una envuelta blindada y con venteo que reduce el error de temperatura inducido por

radiación solar, la unidad utilizada es °C. El valor de la humedad relativa fue obtenido por la relación entre el

contenido de vapor de agua-aire y su capacidad, la humedad refleja la cantidad de vapor de agua en el aire

como un porcentaje de la cantidad que el aire es capaz de retener. La precisión nominal que maneja la estación

meteorológica para las variables son: temperatura 0,5°C, humedad relativa 3%; 4% sobre 90%, dirección del

viento 3° y velocidad del viento mayor que 1 m/s, 3 Km/h. Previo a las mediciones realizadas, se procedió a

georeferenciar la estación meteorológica con los datos de latitud, longitud, altura y zona horaria de la ciudad de

medición.

2.4 Análisis de datos

Para el procesamiento de los datos de concentración de nano-partículas se utilizó el software del DiSCmini, los

datos de concentración fueron exportados con una frecuencia de 1 seg y 1 min a archivos de texto plano. Antes

de realizar el análisis estadístico, se filtraron los datos con concentraciones mayores a 1’000.000 #/cm3 (datos

excedentes) representados en los resultados como porcentaje de datos excedentes con respecto al total.

Mediante el software R Project (The R foundation for statistical computers, versión 3.2.2), se realizaron las

pruebas de distribución normal y t-student; las cuales muestran si las mediciones totales de los puntos de

medición tuvieron una distribución normal, o si los puntos de medición en un porcentaje de datos de distribución

son similares entre sí. Por otro lado, la prueba de correlación de Pearson se utiliza para saber si dos variables

están fuertemente correlacionadas entre sí mediante un valor que va de 1 que es fuertemente correlacionado

a 0 sin correlación, con el fin de saber el comportamiento de una variable con respecto a la otra. Posteriormente

se procedió a realizar un análisis grafico del comportamiento de las concentraciones en los puntos de

distribución por metodología.

En el caso de los datos de las variables meteorologías, estas fueron exportadas desde la memoria de la consola

hasta el software Weatherlink mediante un Cable USB, los datos fueron exportados con una frecuencia de 1

min para cada una de las variables. Se filtraron y eliminaron los datos sin información de dirección del viento

por ser un error de la estación meteorológica, por otro lado se dividieron los datos para análisis grafico de rosa

de contaminantes y vientos en dos; el primero con velocidades de viento menores e iguales a 0.4 m/s y el

segundo con velocidades mayores a 0.4 m/s, para el análisis grafico se utilizó el software R studio y el paquete

OpenAir obteniendo las siguientes gráficas: rosas de contaminación, rosas de vientos, calendario de

contaminantes, comportamiento de concentración de contaminantes según día de la semana.

3. Resultados y Discusión

3.1 Concentración de nano-partículas por metodología

Como se puede observar en la figura 5, para los 5 puntos de medición el diagrama de cajas y bigotes muestran

una distribución anormal de los datos presentando un sesgo a la derecha. Las medianas y medias son diferentes

estadísticamente por metodología para cada punto de medición; para la carrera 7, la metodología 1 representa

la mediana con un valor de concentración de 50000 #/cm3 más alto en comparación a la metodología 2, para

la carrera 13 la metodología con mayor valor fue la #2 con un valor de 95130 #/cm3, para la carrera 14 la

metodología 2 también obtuvo la mediana más alta en contraste a la 1 con un valor de 208899 #/cm3 y para la

carrera 15 la metodología 1 obtuvo una mediana más alta con respecto a la 2 con un valor de 63939 #/cm3.

Figura 5. Concentración de nano-partículas (#/cm3) por metodología utilizada en cada punto de estudio.

Las concentraciones medianas en las carreras 7, 13 y 14 con un volumen vehicular mayor a 200 vehículos total

por sentido tiene valores que van desde 150000 #/cm3 a los 270000 #/cm3, caso contrario con los valores de

concentración que hay en la carrera 15 con bajo volumen vehicular de 34 vehículos total por sentido y la terraza

sin presencia de vehículos son de alrededor 63000 #/cm3, como se puede observar en la tabla 3.

Como se mencionó anteriormente, en el análisis de concentración de nano-partículas no se tuvieron en cuenta

los valores mayores a 1’000.000 #/cm3 pero en la tabla 3 se ilustra el porcentaje de datos mayores a 1’000.000

#/cm3 para cada metodología por punto de medición. Las carreras 7, 13 y 14 obtuvieron porcentajes por encima

del 7%; para el caso particular de la metodología 2 en la carrera 7 con un porcentaje de 62% y para la carrera

13 con un valor de 30% para la metodología 1. En el caso de la carrera 15 y la terraza no se obtuvieron datos

con valores de concentración mayores a los 1’000.000 #/cm3.

Tabla 3. Información de datos estadísticos y % datos > 1’000000 según metodología para cada punto de medición

A continuación se presentan dos fotografías, las cuales muestran la influencia de la variabilidad atmosférica en

el comportamiento del material particulado contaminante para la ciudad de Bogotá, desde la terraza de la SDA

a las 9:00 am durante las mediciones de concentración de nano-partículas. En la foto 1 se observa un día

despejado y la capa de contaminantes en el horizonte que empieza a dispersarse y/o mezclarse por la diferencia

de temperatura; caso contrario para la foto 2 donde no se observa claramente la capa de contaminantes en el

horizonte sino un día nuboso.

3.2 Correlación entre concentraciones de nano-partículas y PM2.5

Se graficaron las concentraciones promedio de nano-partículas de la terraza de la SDA y PM2.5 de la estación

del Sagrado corazón de la RMCAB para los meses de Diciembre de 2015, Enero y Febrero de 2016, figura 6;

para el caso del punto de estudio de la terraza se obtuvieron datos de concentración para 22 días de los 3

meses medidos, debido que la función utilizada grafica los datos con un mínimo de 75% de data que debe estar

disponible para los días de medición, así que algunos días no se consideraron ya que los datos estaban por

Puntos de estudio

Carrera 7 Carrera 13 Carrera 14 Carrera 15 Terraza

Met 1 Met 2 Met 1 Met 2 Met 1 Met 2 Met 1 Met 2 Met 1

% Datos > 1'000.000

18 % 62 % 30 % 8 % 7 % 9 % 0 % 0 % 0 %

Cuartil 1 158597 119218 94317 95130 121718 106999 48752 40281 38608

Mediana 269428 216088 139417 156677 196611 208899 63939 61527 63386

Cuartil 3 426514 390104 218708 268561 355658 357253 91258 98848 87990

Media 314965 283022 182420 208614 267920 256629 69008 70063 65430

Desviación estándar

202898 216284 147299 172661 206709 192926 32586 38953 36571

Foto 1 Tomada: 2 de febrero de 2016, Terraza 5 piso-SDA,

9:00 a.m. fuente: autores. Foto 2 Tomada: 10 de febrero de 2016, Terraza 5 piso SDA,

9:00 a.m. fuente: autores.

debajo de dicho porcentaje aceptable; por lo que para el mes de Diciembre se graficaron las concentraciones

promedio para dos días: 16 y 21 de 2015, en el caso del mes de Enero y Febrero de 2016 en total se graficaron

10 días para cada uno.

Las concentraciones de PM2.5 y nano-partículas no se correlacionan entre sí, como se observa al comparar

dos días de igual concentración de nano-partículas, como son el 11 y 19 de febrero con una concentración de

25000 #/cm3; con las concentraciones de PM2.5 para el día 11 de febrero la concentración es de 3 ug/m3,

pero para el día 19 de febrero la concentración de pm2.5 es de 2 ug/m3.

Figura 6. Concentración promedio de PM en el 2015 y 2016. (a) Concentración de nano-partículas (#/cm3) los días 16 y 21 de Diciembre de 2015 en la Terraza de la SDA, (b) Concentración de nano-partículas (#/cm3) en enero y febrero de 2016, (c) Concentración de PM2.5 (ug/m3) en la estación del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible de la RMCAB durante el mes de Diciembre de 2015, (c) Concentración de PM2.5 (ug/m3) en enero y febrero de 2016.

Para corroborar lo anteriormente descrito, se realizó un análisis de correlación de Pearson entre las

concentraciones de nano-partículas y PM2.5 anteriormente graficados, figura 7. De dicha correlación se obtuvo

un valor de R igual a -0.52, es decir una correlación negativa (inversa) moderada de las dos variables de interés.

Figura 7. Grafica de dispersión de las variables de concentración de nano-partículas y PM2.5

3.3 Concentración promedio de nano-partículas según día de la semana

Se registraron las concentraciones de nano-partículas según día de la semana y por cada punto de medición

se utilizó un nivel de confianza del 95% y 99%, los cuales se escogieron porque dentro de su valor se encuentra

la mediana de los datos y la mayor cantidad de datos de concentración que muestra el comportamiento semanal

de las concentraciones por cada punto de estudio.

La concentración máxima promedio de la carrera 7 se presenta para el día lunes con una concentración de

aproximada de 459.000 #/cm3, en la carrera 13 se presenta una concentración máxima promedio el día viernes

de 256.000 #/cm3, en la carrera 14 el martes es el día con una concentración máxima promedio de 350.000

#/cm3, la concentración máxima promedio para la carrera 15 es para el día martes con un valor de 70.000 #/cm3

y por último en el caso de la terraza la concentración máxima promedio es de 70.000 #/cm3 el viernes.

Según los resultados, no se presenta una tendencia clara de las concentraciones entre los corredores

analizados por día de la semana, caso contrario a los comportamientos de material particulado de las estaciones

de monitoreo fijo de la ciudad, donde los lunes se presentan menores concentraciones que los demás días

hábiles de la semana (Secretaria Distrital de Ambiente, 2014).

Figura 8. Concentración promedio de nano-partículas según día de la semana en los puntos de medición de (a) Carrera

7, (b) Carrera 13, (c) Avenida Caracas, (d) Carrera 15 y (e) Terraza de la SDA con un intervalo de confianza del 95% y

99%

y = -33406x + 112967R = -0,52

0

20000

40000

60000

80000

100000

120000

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5

Co

nce

ntr

ació

n n

ano

-par

tícu

las

(#/c

m3 )

Concentración PM2.5 (ug/m3)

3.4 Comportamiento de concentración de nano-partículas y variables meteorológicas

Velocidad de viento menor a 0.4 m/seg (calma). La velocidad de viento menor a 0.5 m/s es el comportamiento

de las nano-partículas sin un factor meteorológico externo significativo de desplazamiento sino el

comportamiento de acuerdo a las características espaciales del lugar de medición y las características

morfométricas de las partículas hacia el punto de medición, por lo tanto se realizó una rosa de contaminantes

de nano-partículas con velocidad del viento menor a 0.4 m/seg medidos en el costado oriental de las 4 vías de

medición; sentido S-N de las calzadas para la carrera 7 y avenida caracas, sentido N-S de las calzadas para

las carrera 13 y 15. La rosa de contaminantes muestra el porcentaje de datos en logaritmo base 10 de

concentración promedio de nano-partículas sin discriminar las excedencias (mayores a 1’000000 #/cm3) que se

distribuyen de acuerdo a la frecuencia de conteos de datos en las 16 direcciones del viento, las cuales son las

que maneja la Estación Meteorológica Davis Instruments como se observa en la figura 9.

Tabla 5. Porcentaje de datos con vientos menores a 0.4 m/seg en cada punto de medición.

Puntos de medición Carrera 7 Carrera 13 Avenida Caracas Carrera 15 Terraza SDA

68% 83% 85% 74% 40%

En los primeros 4 puntos de medición (vías de estudio) se presentó que más del 50% de los datos tenían

velocidades de vientos menores a 0.4 m/seg pero para el último punto de medición, la terraza se presentó un

porcentaje de 40%, más bajo; registrado en la tabla 5. Es decir, en la terraza se presenta menor cantidad de

velocidades de viento con valores menores a 0.4 m/s ya que por su posición espacial no tienen un obstáculo

cercano con mayor altura a la considerada para el anemómetro que impida la disminución de las velocidad de

viento en comparación a los demás puntos de medición, donde el anemómetro no supera la altura considerable

de los edificios u obstáculos más cercanos a las vías de estudio.

En la figura 9, se observa un comportamiento de las nano-partículas similar en los 5 puntos de medición es que

a medida que se acerca al centro del punto de medición disminuyen las concentraciones de nano-partículas en

1 orden de magnitud. Las concentración de nano-partículas mayor a 1´000000 #/cm3 se presenta en los puntos

de medición de la carrera 7 y la avenida caracas en la dirección SW para ambos casos, es decir la dirección en

la cual transitan los vehículos de dichas vías. En el caso de la carrera 13 las concentraciones no se presentan

en una dirección predominante pero el mayor porcentaje de concentraciones con valores aproximados a 430000

#/cm3 se encuentra en la dirección WN, o sea la mayor contaminación proviene de la ubicación más cercana

de los vehículos. La carrera 15 y terraza de la SDA tienen valores de concentración menores a 120000 #/cm3.

Figura 9. Frecuencia de conteos (%) de concentración de nano-partículas (#/cm3) con velocidades del viento de 0.0 m/seg

a 0.4 m/seg (calmas) en los 5 puntos de medición; (a) Carrera 7, (b) Carrera 13, (c) Avenida Caracas, (d) Carrera 15 y (e)

Terraza de la SDA (Secretaria Distrital de Ambiente).

Velocidad del viento mayor a 1 m/seg. Se graficaron los promedios de concentración de nano-partículas por

cada punto de medición para velocidades del viento desde los 0.4 m/seg hasta el máximo presentado por punto

de medición mostrado en la figura 10. Las velocidades del viento mayores a 0.4 m/seg intervienen en el

comportamiento y desplazamiento de las partículas en cada vía hacia el punto de medición, ya que en la figura

10 se observan intervalos de la influencia de fuentes cercanas y lejanas en las concentraciones de los puntos

de medición.

En la carrera 7, las concentraciones por debajo de los 200000 #/cm3 se presentan donde las velocidades del

viento van hasta valores de 1,2 m/seg, por otro lado los valores de concentraciones de alrededor 500000 #/cm3

provienen de fuentes ubicadas en el N y SW por velocidad de viento máxima de hasta los 2 m/seg. La carrera

13 con concentraciones por debajo de los 200000 #/cm3 están relacionadas con la velocidad de los vientos en

el E, pero en el W las concentraciones ascienden a 250000 #/cm3 con velocidades del viento menores a 2

m/seg. En la avenida caracas, los valores de concentración mayor a 325000 #/cm3 se presentan con mayor

predominancia en la dirección W con velocidades del viento de 1 m/seg. En el caso de la carrera 15, no se

observa una relación resaltable entre las concentraciones de nano-partículas con la velocidad o dirección del

viento y por último, en el punto de la terraza de la SDA los vientos provenientes de los cerros orientales con

valores de aproximadamente 2 m/seg tienen concentraciones que van hasta los 50000 #/cm3.

Figura 10. Concentración de nano-partículas (#/cm3) con velocidades del viento mayores a 0.4 m/seg en los 5 puntos de medición; (a) Carrera 7, (b) Carrera 13, (c) Avenida Caracas, (d) Carrera 15 y (e) Terraza SDA (Secretaria Distrital de Ambiente).

3.5 Coeficiente de correlación de Pearson de variables meteorológicas, tamaño de partícula y concentración de nano-partículas Se calcularon los valores de coeficiente de correlación de Pearson entre las concentraciones de nano-partículas

por punto de medición y variables meteorológicas como son: temperatura, humedad relativa, velocidad y

dirección del viento y por último el tamaño de la partícula; los valores del coeficiente de correlación de Pearson

van desde el 0 hasta el 1, siendo 1 el valor que representa la mayor correlación y 0 el valor que representa la

menor correlación. De acuerdo a los valores del coeficiente de correlación de Pearson que se observan en la

tabla 6, para todos los casos los valores de correlación van de bajas a moderadas y por cada punto de medición

no se observa un comportamiento de correlación similar a la variable de comparación.

Tabla 6. Coeficiente de correlación de Pearson de variables meteorológicas, tamaño de partícula y concentración de nano-

partículas por punto de medición.

Variables Concentración de nano-partículas (#/cm3)

Carrera 7 Carrera 13 Avenida Caracas Carrera 15 Terraza

Tamaño partícula (nm)

-0,14 0,087 -0,55 0,4 0,56

Temperatura (°C) -0,255 0,0137 -0,01 -0,4 -0,4

Humedad Relativa (%)

0,406 0,105 0,084 -0,1 0,27

Velocidad del viento (m/seg)

0,06 0,146 0,102 -0,27 -0,44

Dirección del viento

0,214 0,333 0,163 -0,04 0,27

4. Conclusiones

No hay correlación fuerte al comparar la concentración de las nano-partículas y la concentración de

PM2.5, pueden variar por la distancia entre los puntos de medición

Las variables meteorológicas y el tamaño de partícula no influyen en los valores de concentración de

nano-partículas para los 5 puntos de estudio.

Los valores de concentración de nano-partículas medidas en las carreras 7, 13 y 14 tienen valores que

duplican las concentraciones que se midieron en la carrera 15

Los mayores porcentajes de concentraciones de nano-partículas con velocidades de viento menores

a 4 m/seg, para las carreras 7, 13, 14 y 15 predominan en la dirección en que transitan los medios de

transporte.

Las concentraciones promedio de nano-partículas para las 4 vías de medición según día de la semana

no tienen un patrón de comportamiento similar al reportado por la Red de Monitoreo de Calidad del

Aire de Bogotá de la SDA.

Los valores de concentraciones de nano-partículas con velocidades mayores a 4 m/seg en la terraza

de la SDA, son menores: a mayores velocidad de viento en la dirección este y en mencionada dirección

La salud en los vendedores ambulantes o personas que se encuentran por un largo tiempo cerca a las

carreras 7, 13 y Caracas están siendo altamente vulnerables a adquirir enfermedades de tipo

respiratorio.

Recomendaciones

Se sugiere realizar mediciones complementarias al estudio presentado, aumentando el tiempo de

medición en los puntos correspondientes para tener mayor información, validar y aportar a los

resultados y análisis presentados anteriormente.

Para obtener con mayor precisión la correlación entre la concentración de nano-partículas y pm2.5 es

necesario que se realicen las mediciones de los dos contaminantes en el mismo punto.

Para el uso de estaciones meteorológicas en futuras mediciones, tener en cuenta las condiciones de

ubicación, que no sean alterados los valores de medición por agentes externos y que se observe con

más detalle los valores de las variables a medir.

Para realizar mediciones de PM como las nano-partículas en la vía, la metodología 2 referencia con

mayor precisión el comportamiento de las concentraciones de nano-partículas.

Realizar un estudio de modelación de concentraciones de nano-partículas en la zona en la que se

encuentran las 4 vías de medición

Intervenir en las fuentes de emisión para que se reduzcan las concentraciones de nano-partículas y

así disminuir los problemas respiratorios que se presenten en los ciudadanos de Bogotá.

5. Anexos

Figura 11. Aforos por tipología vehicular en el sentido Norte-Sur y Sur-Norte de las vías de estudio, fuente: Secretaria de

Movilidad, 2014

6. Agradecimientos

El presente trabajo de grado en modalidad de pasantía fue realizado bajo la supervisión del Profesor José

Alejandro Murad y el Subdirector de Calidad del Aire, Auditiva y Visual del periodo 2012-2015 Rodrigo Alberto

Manrique Forero y del periodo 2016-2019 Oscar Alexander Ducuara Falla, así mismo como a los integrantes

del grupo Plan Decenal de Descontaminación del Aire, a quienes me gustaría expresar mi más profundo

agradecimiento, por hacer posible la realización de este estudio.

A Dios por ser la guía y el apoyo junto con mis padres; mi padre que en paz descanse Dagoberto Bonilla y mi

madre Luz Marina Patiño por ser parte de la columna vertebral de mi tesis, así mismo como mi hermano y mi

abuela por sentir orgullo de mí y en general a toda mi familia por apoyarme en los momentos con más necesidad

y darme una palabra de aliento.

También agradezco a la Parcialidad Indígena “EL PALMAR” quienes con su aval y consentimiento no hubiera

sido posible terminar mi carrera

7. Bibliografía

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