Vol. 4, N° e575,
año 2022
ISSN – Online: 2708-3039
DOI:
https://doi.org/10.47796/ing.v4i0.656
Artículo
original
Partículas suspendidas totales (PST) y flujo vehicular en una avenida de la
ciudad de Tacna
Total suspended particulate matter (TSP) and vehicular
flow on an avenue in Tacna city
Richard Sabino Lazo Ramos[1]
https://orcid.org/
0000-0002-7878-7486
Carmen Rosa Román Arce[2]
https://orcid.org/
0000-0003-1601-1794
Haydee Raquel Sisa Yataco[3]
https://orcid.org/
0000-0003-1171-3826
Briayan Renso Mamani Vargas[4]
https://orcid.org/
0000-0002-7644-755X
Stephano Eduardo Ugarte Lanchipa[5]
https://orcid.org/
0000-0002-0415-0837
Recibido: 08/07/2022
Aceptado: 10/09/2022
Publicado: 14/11/2022
Resumen
La investigación tuvo como objetivo evaluar las
partículas suspendidas totales (PST) del flujo vehicular en la avenida Cusco de
la ciudad de Tacna. El estudio se desarrolló entre los meses de febrero y abril
del año 2022, utilizando el método gravimétrico mediante colectores pasivos de
polvo. Se fijaron estaciones de monitoreo en 14 puntos ubicados en ambos
carriles lo largo de la avenida, se recolectaron los datos de concentración por
periodos parciales de 30 días cada una. Simultáneamente, se midió el flujo
vehicular respecto a las estaciones. Los resultados muestran que, en seis
estaciones de monitoreo, la concentración de PST sobrepasó el valor guía (5
ton/km2 /mes) establecido por la Organización Mundial de la Salud (OMS). No se
encontró correlación significativa entre los valores de las partículas y el
flujo vehicular. Se concluye que las concentraciones de material particulado
estarían más bien ocasionadas por intrusión de polvo, asociadas a las variables
climáticas y ubicación geográfica de la zona.
Palabras clave: Polvo atmosférico
sedimentable; flujo vehicular; condiciones atmosféricas.
Abstract
The objective of
this research was to evaluate the total suspended particulate matter (TSP) from
the vehicular flow on Cusco Avenue in the city of Tacna. The study was carried
out between February and April 2022, using the gravimetric method through
passive dust collectors. Monitoring stations were set up in 14 points located
on both lanes along the avenue, and the concentration data was collected for
partial periods of 30 days each. Simultaneously, the vehicular flow was
measured with respect to the stations. The results show that in six monitoring
stations, the TSP concentration exceeded the guideline value (5 ton/km2 /month)
established by the World Health Organization (WHO). No significant correlation
was found between particulate matter values and vehicular flow. It is concluded
that, the concentrations of particulate matter would be rather caused by dust
intrusion associated with the climatic variables, and geographical location of
the area.
Keywords: Sedimentable atmospheric
dust; vehicular flow; atmospheric conditions.
1.
Introducción
Año tras año el planeta se deteriora por las grandes descargas de
contaminantes que recibe, ya sean al aire, agua o suelo, así la calidad de aire
es uno de los principales indicadores para comprobar los niveles de
contaminación ambiental, el aire puede contener una gran cantidad de partículas
suspendidas que provienen principalmente del transporte, las instalaciones
residenciales, recreativas, educativas e industriales (Abali et al., 2018), la
contaminación atmosférica referida a las Partículas Suspendidas Totales (PST)
permanecen en la troposfera por semanas y subsecuentemente pueden ser
transportadas a grandes distancias. Si el material particulado en la fracción
respirable sobrepasa el límite máximo permisible, genera contaminación
ambiental (Rojas y Huamán, 2017). Las partículas finas son de preocupación e
importancia por ser depositadas en el fondo de la laringe y penetrar pulmones e
incluso en el torrente sanguíneo (Schwartz et al., 1996; EPA 2012), estas
partículas pueden ser cualquier material sólido o líquido dividido finamente
que tiene tamaños de 0,0002 y 500 μm (Rojano et al., 2013), en esta
clasificación se tiene a las PST que tienen un rango de 0,005 y 100 μm (EPA
1996; INE 2010). En algunas ciudades, la contaminación por PST y PM10 son
consideradas como un problema crítico y están influenciados por el tráfico
vehicular, trabajos de construcción, talleres, operaciones industriales y otras
actividades económicas (Celis et al., 2007; Vara 2016).
Estudios realizados en áreas de alto tráfico vehicular se mostraron que la
relación de estos contaminantes, es mayor cuando el parque automotor fluye
cerca de las zonas de muestreo (Rojano 2013, Galvis y rojas 2006; Echeverri et
al., 2008), estas partículas se ven consolidadas más con la presencia de intrusión
de polvo en zonas desérticas.
La ciudad de Tacna, ubicada en la cabecera del desierto de Atacama,
presenta una gran intrusión de polvo que hace que las PST sean significativas,
tal como ocurre en áreas áridas y semiáridas, el depósito de polvo ocurre extensamente
(Motamedi et al., 2022), sumado al flujo de su transporte automotor en
crecimiento, hace que en zonas de congestión vehicular sea crítico; entre otras
vías; el tráfico vehicular es significativo en la avenida Cuzco, que sirve de
conexión principal con el distrito colindante denominado Gregorio Albarracín;
según (EXYZ, año), el tráfico vehicular en horario punta por cada 15 min, se
registra aproximadamente 1076 vehículos en dirección sur a norte y 856
vehículos en dirección norte al sur. En un estudio realizado por Urbina Cantuta
& Torres Flores (2018), se determinó que la avenida Cusco y calles
adyacentes son consideradas como intersecciones de importante impacto por el
tráfico vehicular, en ese contexto, existe se afirmaba la posibilidad de que las
partículas suspendidas totales superen los Estándares de Calidad Ambiental,
situación que tiene alta probabilidad en provocar serios impactos en la salud
de la población, ya que la contaminación proviene gran parte del parque
automotor.
2.
Objetivo
El objetivo de
este estudio fue determinar si el nivel de concentración de las partículas
suspendidas totales (PST) estaba influencias por el tráfico vehicular y
compararla con estándares ambientales.
3.
Metodología
3.1.
Selección de los puntos de monitoreo y ubicación de los colectores
Para determinar las concentraciones promedio de PST,
en la atmósfera de la zona de estudio se establecieron 14 puntos de estudio,
considerando la dirección del viento y el flujo vehicular, considerando que hay
vías alimentadoras a la avenida, tal como se observa en la figura 1.
|
Figura 1 Ubicación de
los puntos de muestreo en coordenadas UTM WGS 86 en la avenida Cusco |
|
|
El material particulado total (PST) se determinó
utilizando el método gravimétrico establecido en el Método estándar para la
determinación del material particulado en suspensión del Código de Regulaciones
Federales (CFR) de la EPA (Apéndice B de la Parte 50 - Método de referencia
para la determinación). Tratamiento de partículas volátiles atmosféricas: un
método de gran volumen) empleando colectores de polvo que, a comparación del
método de Placas receptoras, logran captar mayor cantidad de polvo sedimentable
atmosférico, durante el mismo periodo (Vargas, 2019), también Marcos et al.
(2008), refieren que la metodología de colectores de polvo es la más exacta que
las placas receptoras.
Antes de ubicar los frascos o colectores de polvo en
campo, se lavaron previamente con detergente. Luego cada frasco se llenó con un
litro de solución de sulfato de cobre a concentración de 10 gramos por litro de
agua destilada y se codificó para luego ser ubicados en los postes de alumbrado
público, una altura de 2,5 cm, en cada estación de monitoreo a lo largo de los
dos carriles de la avenida. Después de la instalación se estableció la
ubicación georreferenciada con el equipo Global Positioning System (GPS)
dejándose los colectores por periodos de 30 días, al hacer el recojo se cubre
con papel Kraft para proteger la muestra y transportarla al laboratorio para su
análisis. Los datos meteorológicos fueron suministrados por el Servicio
Nacional de Meteorología e Hidrología del Perú (SENAMHI), sede Tacna (Tabla 1).
|
Tabla 1 Parámetros meteorológicos en el periodo de muestreo |
|||
|
Parámetro |
Media
± SD |
Máximo |
Mínimo |
|
Temperatura
Mínima (°C) |
17,27 |
19,80 |
15,80 |
|
Temperatura
Máxima (°C) |
27,72 |
29,60 |
25,80 |
|
Viento
(km/s) |
4,58 |
7,00 |
3,00 |
|
Humedad
Relativa (%) |
73,20 |
81,10 |
68,80 |
|
Precipitación
(mm de H2O) |
0,00 |
0,00 |
0,00 |
3.2. Muestreo por el método pasivo de colectores de polvo
La concentración total de partículas se calcula como
la masa de partículas recolectadas y corregidas con según las condiciones
estándar. Para el cálculo del PST una vez finalizada el periodo de muestreo,
los colectores se aforan con agua destilada, luego se filtran en papel filtro y
este se deseca en una estufa, el papel filtro se pesa una vez equilibrado la
humedad para determinar el peso (masa) ganado, mediante este procedimiento se
calcula el valor del Material Sedimentable Insoluble (MSI) que se aprecia en la
ecuación 1. A partir de líquido filtrado, se evapora una alícuota de 100 ml del
líquido filtrado, el proceso demora unos 40 minutos por muestra, de forma
similar al procedimiento anterior se calcula el valor del Material Sedimentable
Soluble (MSS) mostrado en la ecuación 2,
a este valor se resta 1 g de peso por la adición inicial de cobre. Con
la suma de estos dos valores (MSSI y MSS) se obtiene el PAS total mensual del
método de colectores de polvo que se representa como PST. Para expresar el peso
total por área (g/cm2) se toma en cuenta que el área del equipo (1
810,98 cm2) y se expresa este valor en Ton/km2 para
hallar la relación con el valor guía (5 Tn/km2/30 días; 0,5 mg/cm2/mes) que
establece la OMS para Polvo Atmosférico Sedimentable.
(1)
MSI = Material Sedimentable Insoluble (g); Pff = Peso
final del papel filtro seco luego de filtrar la muestra (g) y Pif = Peso
inicial del papel filtro seco antes de filtrar la muestra (g); 30 días.
(2)
MSS = Material Sedimentable Soluble (g); Pfv = Peso
final del vaso luego de evaporar el agua (g); Piv = Peso inicial del vaso antes
de evaporar el agua (g); 30 días.
|
|
3.3. Medición del
flujo vehicular
La medición del flujo vehicular puede dar a conocer
sus características y el comportamiento del tránsito, el flujo vehicular está asociado
a diversas variables como el volumen, el intervalo, el espaciamiento, la
distancia y el tiempo, requisitos básicos para el planeamiento, organización y
operaciones viales (Alpízar y Del Risco, 2012). Para los fines del estudio se
medió la tasa de flujo, que es la frecuencia a la que pasan los vehículos por
un punto (estación de monitoreo) o sección transversal de la calzada, por
tanto, la tasa de flujo es en números de vehículos que pasan durante el
intervalo de tiempo, expresada en Veh/min. Se contabilizó todo tipo de
vehículos motorizados en ambos sentidos de la avenida.
3.4. Elaboración de mapas de dispersión
Para la elaboración de mapas de dispersión se empleó
la interpolación de la Distancia Inversa Ponderada (IDW) que estima valores desconocidos al especificar la distancia de búsqueda,
los puntos más cercanos, el ajuste de potencia y las barreras. Se procesó los
datos de concentraciones de PST obtenidas en campo, haciendo uso de un sistema
de interpolación geoestadístico generando isolíneas para generar un mapa de
dispersión a partir de los 14 puntos. El
mapa final se elaboró mediante la caja herramienta de ArcMap, diseñados para
mejorar la captura, almacenamiento, actualización, manipulación, análisis y
despliegue de cualquier información referenciada geográficamente.
4.
Resultados
El rango de las concentraciones de PST en las
estaciones de monitoreo se muestra en la tabla 1, se registró un mínimo de 2,80
tn/km2 en la estación de monitoreo P5, mientras que el máximo y el
promedio geométrico más alto se registró en la estación de monitoreo P8 con
21,14 tn/km2 y 21,12 tn/km2 respectivamente, de forma
gráfica se representan en la figura 2. En relación al flujo vehicular, se
registra un mayor flujo vehicular en la estación de monitoreo P1, que está
situado al inicio de la avenida en dirección norte a sur, de forma similar
existe un tráfico similar en la estación de monitoreo P14, que tiene un
desfogue hacia un ovalo. Ambos puntos son puntos de mayor tráfico en horas
punta; el P14 se convierte en una entrada colectora en horarios matutinos por
el flujo vehicular que proviene del distrito colindante hacia el sur, mientras
que en el P1 ocurre algo similar al medio día y horas de la tarde cuando la
población se traslada hacia el mismo distrito.
|
Tabla 2 Concentración promedio de partículas
PST y tráfico vehicular |
||||
|
Estación de
monitoreo |
Min |
Max |
PST ± SD
(tn/km2 /mes) |
Flujo
Vehicular Vehículos/min±
SD |
|
P1 |
18,29 |
19,03 |
18,71 ± 0,38 |
28,5 ± 4,94 |
|
P2 |
3,64 |
3,93 |
3,78 ± 0,15 |
22,0 ± 1,41 |
|
P3 |
14,75 |
14,82 |
14,78 ± 0,04 |
19,0 ± 5,65 |
|
P4 |
8,16 |
8,24 |
8,20 ± 0,04 |
18,5 ± 0,7 |
|
P5 |
2,80 |
2,98 |
2,89 ± 0,09 |
18,5 ± 2,12 |
|
P6 |
13,39 |
13,5 |
13,44 ± 0,06 |
14,0 ± 0,00 |
|
P7 |
3,21 |
3,26 |
3,23 ± 0,03 |
18,5 ± 0,70 |
|
P8 |
21,1 |
21,14 |
21,12 ± 0,02 |
17,5 ± 7,77 |
|
P9 |
7,31 |
7,35 |
7,33 ± 0,02 |
16,5 ± 0,70 |
|
P10 |
4,29 |
5,61 |
5,07 ± 0,71 |
17,5 ± 2,12 |
|
P11 |
2,09 |
2,11 |
2,10 ± 0,01 |
18,5 ± 3,53 |
|
P12 |
3,33 |
3,48 |
3,40 ± 0,08 |
24,0 ± 1,41 |
|
P13 |
5,07 |
5,12 |
5,09 ± 0,03 |
18,5 ± 4,94 |
|
P14 |
3,21 |
4,76 |
4,05 ± 0,80 |
28,0 ± 11,31 |
Para comprobar la
relación de las mediciones PST y el flujo vehicular, la prueba no paramétrica
de (Rho de Spearman = -0,153; P-valor = 0,601) confirma que ambas variables no
se relacionan estadísticamente.
|
Figura 2 Niveles de partículas sedimentables por
puntos de muestreo |
|
|
5.
Discusión
Como se puede observar en la tabla 1, seis estaciones
excedieron las 5 ton/km2 lo establecido por la Organización Mundial
de Salud (OMS), en estudios similares en la ciudad de Tacna, se reportó valores
superiores (5,7 a 18 Tn/km2) a lo indicado por este organismo en una
zona industrial donde se ubica una ladrillera ubicada a menos de 10 km en la
misma dirección del viento (Vargas, 2019), otro estudio que evidenció valores
muy superiores al estándar, fue el realizado por Méndez y Morán (2020), quienes
evaluaron la concentración de polvo atmosférico sedimentable en el área de
influencia directa de la zona industrial del cercado de Tacna utilizaron el
método de placas receptoras que arrojaron valores muy altos (16,53 mg/cm2
=165,3 t/km2), por otro, lado en un estudio realizado por Rodríguez
(2018) sobre Contaminantes Sólidos Sedimentables (CSS) o PAS utilizando el
método de placas en el distrito de Castillo Grande, Región Huánuco, encontró
que en cinco puntos de monitoreo, se excedía el Límite Máximo Permisible (LMP)
de 5Tn/km2/30 días, asumiendo que estos valores estaban relacionados
a obras civiles realizados en distritos colindantes, además que estarían
influenciados por condiciones climáticas favorables comparados con otros meses.
Otros estudios (Miranda y Merma; Carrión y Azya, 2019)
realizado en áreas más próximas al área de estudio reportaron que los valores
en la zona urbana de Tacna (1,07 mg/cm2/ = 10,70 t/Km2) y
zonas de extracción de agregados (196 Tn/km2 /mes) exceden de forma
similar al estudio realizado.
También es recurrente encontrar estudios donde se
demuestra que los valores guía de la OMS son superados especialmente en zonas
de actividad industrial y económica, como el caso reportado por Bravo (2017)
que encontró un equivalente a 10 tn/km2/30 dias.
Respecto al tráfico vehicular, Urbina Cantuta &
Torres Flores (2018), determinaron que la avenida Cusco y calles adyacentes son
consideradas como intersecciones de importante impacto por el tráfico
vehicular, y se afirmaba la posibilidad que las PST superen los Estándares de
Calidad, no obstante ello, como se ha mencionado anteriormente, el tráfico
vehicular no estaría influyendo en la acumulación de PST, según la prueba de
correlación, aun cuando en algunos puntos de monitoreo donde se registró mayor
tráfico vehicular, se observa que también el PST es alto, sin embargo, no sigue
el mismo patrón en todo los puntos, ello pudiera deberse a las características
de la vía que consta de dos carriles amplios a partir de la estación P3 en
adelante, así como las direcciones de la vía que va de sur a norte o viceversa,
este sentido es perpendicular a la dirección del viento que va en dirección
sureste, de hecho en el periodo de monitoreo se registró niveles de velocidad
de viento de 7 km/h, esto indicaría que no hay aporte significativo del flujo
vehicular en los niveles de concentraciones de PST, y que más bien estaría
relacionado con la intrusión de partículas de polvo que proviene del desierto
de Atacama, tal como ocurre en otras ciudades, se ha conocido que el polvo en
desiertos como el de Sahara (Méndez et al., 2018; Gioda et al., 2007; Poleo y Briceño-Castillo 2014;
Gyan et al., 2005) puede ser levantado por convección en las zonas desérticas
con mayor temperatura, lo que puede hacer alcanzar alturas considerables y
luego trasportarse por masas de aire a ciudades, incluso cruzando océanos
causando impactos negativos como la reducción de la visibilidad, aumento de
temperatura superficial y episodios de afectación a la salud humana. Tal como
indica López et al. (2008), los episodios de polvo contribuyen a la superación
de límites de partículas y se presentan en patrones estacionales y frecuentes
en algunos momentos del año que están asociados al clima como el movimiento del
aire, tal como ocurre en Tacna donde se tiene patrones de viento con más
intensidad en los meses de verano con valores máximos de 25 km/h.
Lo anterior da una idea de que los patrones de
contaminación por PST estaría caracterizado por la influencia de su
localización geográfica (cercano a zonas desérticas), orográfica y
meteorológica, tal como afirma López et al., lo que determinan la calidad del
aire con niveles importantes de partículas de origen natural, así como su
estacionalidad. La concentración y distribución de tamaños aerodinámicos del
material particulado, depende de muchas variables locales en las zonas de
estudio, como afirma Arciniégas (2012), así las consecuencias relacionadas con
altos niveles de material articulado en la atmósfera, están altamente asociadas
con las enfermedades cardiorrespiratorias, deterioro de materiales y otros
efectos. Tal como se encontró en este estudio, las PST suelen presentar valores
más altos en épocas de verano (Motamedi et al., 2022), debido a vientos y
precipitaciones más notables.
Dada las limitaciones del estudio que enfoca
principalmente la estimación de PST, queda por determinar partículas más
específicas como PM10 y la composición química de dichas partículas, de esta
forma se podría tener una idea más clara de la procedencia de las partículas,
sean del flujo vehicular o por la intrusión de partículas de polvo que provienen
del desierto.
6.
Conclusiones
Las concentraciones obtenidas de PST en seis puntos de muestreo
sobrepasaron las 5 ton/km2 /30 días establecidos como valor guía de la OMS,
durante el tiempo de muestreo, si bien en algunas estaciones de monitoreo los valores
de PST son altos, no existe correlación con los patrones de flujo de
transporte, por lo que se puede concluir que las concentraciones de material
particulado estarían más bien ocasionadas por intrusión de polvo, asociadas a
las variables climáticas y ubicación geográfica de la zona.
7.
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