RESUMEN
En este trabajo se presenta la aplicación de un sistema ambiental de riesgo del comportamiento del
metano, este caso de estudio se realizó en el verte -dero principal de la ciudad de Pucallpa ubicado en
el km 22 de la carretera Federico Basadre, Coronel
Portillo, Ucayali. El objetivo principal del trabajo de investigación fue obtener un prototipo funcional para un sistema ambiental de riesgo de la determinación de la concentración y dispersión del metano en el vertedero y acceder a los resultados de las medi-ciones de forma simultanea mediante el sitio web,
mostrando indicadores climáticos (temperatura, hu -medad, precipitación, radiación y dirección y veloci-dad del viento); y dispersión del gas metano sobre
un mapa satelital del vertedero influenciado por las
condiciones climáticas, si el nivel del metano
supe-ra el valor límite se activa una alarma de riesgo. En
la presente investigación de tipo cuantitativo cuasi experimental. El tipo de diseño fue de tipo “Series cronológicas de un solo grupo”. A un único grupo se le administran varias pruebas (observaciones “pre y post pruebas“). El número de mediciones está
suje-to a las necesidades específicas de la investigación que estemos realizando (5 observaciones por hora, por 8 horas, durante 31 días). A la luz de los resul
-tados podemos concluir: A) Los resul-tados muestran la factibilidad y la eficiencia del sistema de control
propuesto, con monitoreo web. B) Se crearon ma-pas de emisión de metano en del vertedero en el
periodo de 31 días de experimentación para poste -riores estudios. C) Se logró la interacción entre el sistema ambiental de riesgo de medición del metano y el usuario mediante el uso de una página web de control, que facilita la obtención de resultados, y de
actualización cada 10 minutos.
PALABRAS CLAVE: sistemas, metano, arduino, ambiental, control.
SUMMARY
This paper presents the application of an environ
-mental risk system for methane behavior, this case study was conducted at the main landfill of the city of Pucallpa located at km 22 of the Federico Basadre hi
-ghway, Coronel Portillo, Ucayali. The main objective of the research work was to obtain a functional prototype for an environmental risk system of the determination of the concentration and dispersion of methane in the land
-fill and access the results of the measurements simulta
-neously through the website, showing climatic indicators (temperature, humidity, precipitation, radiation and di
-rection and wind speed); and dispersion of methane gas on a satellite map of the landfill influenced by climatic conditions, if the methane level exceeds the limit value a risk alarm is activated. In the present type investigation
IMPLEMENTACIÓN DE UN SISTEMA AMBIENTAL DE RIESGO DE LA
CONCENTRACIÓN Y DISPERSIÓN DEL METANO EN EL VERTEDERO MUNICIPAL
DE RESIDUOS SÓLIDOS DE PUCALLPA, UCAYALI, 2014.
IMPLEMENTATION OF AN ENVIRONMENTAL SYSTEM OF RISK OF THE
CONCENTRATION AND DISPERSION OF METHANE IN THE SOLID WASTE
MUNICIPAL WASTE OF PUCALLPA, UCAYALI, 2014.
Recibido:
05/01/2018
Revisado:
13/02/2018
Aprobado:
09/03/2018
Mg. León Esteban Flores Saldaña
1, Ing. Carlos Eliot Aliaga Romayna
2, Ing. Eric
Edilberto Aliaga Romayna
3, Dr. Frank Bollet Ramírez
4quasi-experimental quantitative The type of design was of type “Chronological series of a single group”. A single
group is administered several tests (“pre and post test”
observations). The number of measurements is subject to the specific needs of the research we are doing (5 observations per hour, for 8 hours, for 31 days). In light of the results we can conclude:
A) The results show the feasibility and efficiency of the proposed control system, with web monitoring. B) Methane emission maps were created in the landfill in the period of 31 days of experimentation for further stu
-dies. C) The interaction between the environmental risk system of methane measurement and the user was achieved through the use of a control web page, which facilitates obtaining results, and updating every 10 mi -nutes.
KEYWORDS: systems, methane, arduino, environ -mental, control.
INTRODUCCIÓN
La contaminación atmosférica es uno de los ma -yores problemas ambientales actuales, provocando, entre otros fenómenos, el efecto invernadero y
da-ños a la salud humana. Los vertederos de residuos
sólidos emiten diversos contaminantes a la atmós-fera, fundamentalmente metano. Las mediciones de estas emisiones resultan costosas, poco
reprodu-cibles y varían mucho con las diferentes condicio -nes climáticas y relieve del sitio. En el caso de la evaluación de metano emitido de un vertedero re-sulta complicado medir las emisiones y es necesario
emplear instrumentos tecnológicos sofisticados para
estimarlas. Estos estimados son necesarios no solo
para los inventarios de gases de efecto invernadero,
sino también para evaluar los posibles daños a la
salud, explosiones y factibilidad económica del uso
del metano como fuente de energía. La importancia
del trabajo es obtener un sistema ambiental de
ries-go de metano que sea confiable, como herramienta de gestión ambiental en la protección física e higiene
laboral de los trabajadores municipales y reciclado-res del vertedero, contra posibles enfermedades y explosiones a causa de la concentración del metano, permitiendo manejo y regulación de la calidad del aire, innovación tecnológica local, percepción de las autoridades y población circundante sobre el des-empeño del sistema ambiental de riesgo del metano
por la web de control, de respuesta rápida, ahorro
en costo de personal, capacidad de múltiples tomas de muestras programadas, y a largas distancias, el
método del trabajo de investigación es descriptivo, el
mismo que se complementó con el análisis de datos
y síntesis de la información en gráficos y cuadros
explicativos.
Definición del problema.
En Pucallpa, se vienen depositando los residuos sólidos urbanos no seleccionados en el vertedero
del km 22 de la carretera Federico Basadre. Nume
-rosas familias se han asentado alrededor del verte
-dero con la finalidad de dar una revalorización a los
residuos que puedan recoger para su reciclado. Por efecto de la degradación de la materia orgánica pre-sente en grandes volúmenes en vertedero, se
gene-ran diversos gases contaminantes (CH4, CO, CO2, N2O, etc.) y por ende problemas para el ambiente y
la salud de las personas, principalmente de aquellas que viven en el área de estudio; entre los gases que se forman está el gas metano. El metano es un gas de efecto invernadero que afecta a la capa de
ozono, de alta explosividad, tiene efectos nocivos a
la salud y al no contar el vertedero con un sistema de liberación de gases, estos se acumulan y se convier-ten en riesgo inminente para la población que circun-da dentro del vertedero.
Objetivos de la investigación.
Objetivo general: Diseñar el prototipo funcional adecuado para implementar un sistema ambiental
DÍAS
HOR D1 . . . D31
1hr 2hr
. .
8hr
M1..6 -> O1..6 M1..6 -> O1..6
. .
M1..6 -> O1..6
. . .
M1..6 -> O1..6 M1..6 -> O1..6
. .
de riesgo de la determinación de la concentración y dispersión del metano en el vertedero de Pucallpa; mediante un sitio web de control.
Objetivo Específicos.
•Desarrollar un prototipo funcional para la
medi-ción del metano (hardware y software) interconecta -do con el internet.
• Determinar sí la cantidad de concentración (emisión) y dispersión del metano supera los límites de exposición de agentes químicos 2013, indicada
por el Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el trabajo de España.
• Determinar las condiciones climáticas por el sistema elaborado en el proyecto durante el periodo
de prueba de 31 días en el vertedero.
• Interactuar el sistema ambiental de riesgo de medición (concentración y dispersión) del metano mediante un sitio web con el usuario.
MATERIAL Y MÉTODOS:
Este tipo de investigación es aplicativo de nivel experimental. El presente experimento usó el Diseño
cronológico con un solo grupo: Figura 01. Diagrama de flujo del Sistema Automatizado.
Figura 1. Diagrama de flujo del Sistema
Fuente: Elaboración propia.
Figura 2. Diseño del sistema automático Fuente: Elaboración propia.
Tamaño de la muestra representativa.
La toma de muestras atmosféricas fueron au
-tomatizados por la estación de monitoreo a una frecuencia de 6 muestras por hora, durante 8 ho
-ras, en un periodo de 31 días, con un volumen diario de 48 muestras.
Para la variable independiente: El análisis de
los resultados de la variable independiente que
representa el sistema ambiental de riesgo fueron:
- En el desarrollo del monitoreo el sistema de-mostró la capacidad de medición programada de
48 muestras diarias en el periodo de 8 horas.
- La capacidad de almacenamiento de la base
de batos es de 1 Gb, y el consumo de memoria mensual es de 600 Kb= 0.0006 GB, es decir tiene
una capacidad continua de almacenar y
- El tiempo controlado que le lleva al sistema ambiental entre tomar la muestra en el vertedero, procesarlo, enviarlo a la base de datos por me-dio de internet y que sean publicados de forma
gráfica en la web de control, no sobrepasa los 3
segundos, es decir que se puede apreciar los re-sultados del monitoreo de manera instantánea.
Para la variable dependiente: El análisis de
los resultados de la variable dependiente que re-presenta la medición de la concentración,
disper-sión y clima del metano fueron:
- Las concentraciones monitoreadas en el
ver-tedero no superaron el VLE del metano 1000ppm
(según base de datos de sistema de control de metano), los valores son solo válidos y
represen-tativo para los días y horas que el sistema am -biental estuvo en funcionamiento en el vertedero.
- La dispersión del metano en el área del
ver-tedero se grafica en un espacio de 500m X 500m, sobre el vertedero que representan 250 000 m2, la dispersión graficada es de forma polar en rela -ción a los puntos cardinales (N, E, S, W), además
hay un barra de colores en gradiente que repre
-sentan una concentración de metano desde 200 ppm a 1000ppm.
- Los resultados obtenidos del monitoreo de las condiciones climáticas del vertedero como
son el viento, humedad, temperatura, pluviome
-tría y radiación, sirvieron para poder realizar las gráficas de dispersión ya que estas influyen en su
distribución espacial en relación al metano.
RESULTADOS
Prueba de hipótesis: Hipótesis general.
La media
X
de la concentración del metanoen el vertedero es igual o superior al valor límite de exposición (VLE) del metano de 1000 ppm,
en el vertedero de Pucallpa.
Hipótesis nula.
La media
X
de la concentración del metanoen el vertedero es inferior al valor límite de ex
-posición (VLE) del metano de 1000 ppm, en el
vertedero de Pucallpa.
Hipótesis estadística.
-Hipótesis de general (Hi) Hi:
X
≥ 1000 ppmLa media
X
de la concentración del metano delvertedero es igual o superior al valor límite de ex -posición.
-Hipótesis nula (Ho) Ho:
X
< 1000 ppmLa media de la concentración del metano del
vertedero es inferior al valor límite de ex -posición.
Para la prueba de hipótesis a los datos ob
-tenidos en el monitoreo se les realizó una prueba estadística paramétrica T-Student, la cual es -tima la media de la población muestral, con un
nivel de confianza del 95% y significancia de 5%,
comparando la base de datos del metano con el
VLE de 1000ppm:
Figura 3. Datos estadísticos para la prueba T-Student.
Fuente: Elaboración propia
Figura 4. Prueba para las muestras de metano Fuente: Elaboración propia
ANÁLISIS E INTERPRETACIÓN DE RESULTADOS
el vertedero no fue superior a los 1000 ppm, y
los valores obtenidos son contrastados con las
hipótesis propuestas, y se demuestra que el nivel de significancia (Sig=0.00) de la prueba fue inferior al 5%=0.05, y el resultado esta sobre el 95% del nivel de confianza de la prueba estadís
-tica. Por lo tanto no se rechaza la hipótesis nula “Ho”, y no se acepta la hipótesis general “Hi”, por -que los resultados son considerados como
pruebas contundentes que no hubo sobre paso del VLE de 1000 ppm de metano, y concuerda con el enunciado de la hipótesis nula “Ho”.
Figura 5. Esquema de hipótesis aceptada
Fuente: Elaboración propia CONCLUSIÓN
1. Se logró el diseño y construcción de un prototipo
funcional adecuado para un sistema ambiental de riesgo de la determinación de la concentración y dis-persión del metano en el vertedero de Pucallpa; me-diante un sitio web de control www.controlmetano. net, de fácil manejo, visualmente atractivo e interac-tivo, donde el usurario puede observar el comporta-miento del metano según las condiciones climáticas
y compararlas con diversas fechas de monitoreo.
2. Se logró que el sistema ambiental de riesgo emita
una alarma ante una elevada exposición del metano,
que sirve como una herramienta de gestión ambien -tal para la toma de decisiones a favor de la salud
humana y ambiente.
3. Se logró la adaptación de los sensores del meta
-no y climatológico a una red inalámbrica vía internet,
para el resguardo de los resultados del monitoreo a
una base de datos virtual, para la visualización de
los resultados en forma gráfica de las condiciones
del metano y clima, teniendo una comunicación rápi-da del sistema con el usuario y saber las condiciones
atmosféricas sean favorables o nocivas a la salud y
ambiente.
4. Se obtuvo las cantidades de concentración, dis -persión del metano y condiciones climáticas por el sistema elaborado en el proyecto durante el periodo
de prueba de 31 días y 8 horas diarias en el vertede -ro, la cual se evidencia al consultar la base de datos,
la pérdida o no registro de algunos datos enviados
por la estación a la base de datos se debe a que la
señal de red telefónica sufre caídas por lo alejado
que se ubica el vertedero.
5. Se logró la interacción entre el sistema ambiental de riesgo de medición del metano y el usuario mediante el uso de una página web de control, que facilita la
obtención de resultados, y de actualización cada 10
minutos, a menor tiempo, en distintos espacios, para tener respuesta y tomar acciones correctivas en caso
que el sistema esté en alerta roja y mejorar las condi -ciones salubres en el vertedero.
6. Se logró con los resultados obtenidos en el desa
-rrollo del proyecto socializar con los representantes que deciden la política ambiental en la MPCP, para la
posibilidad de continuar con la aplicación del sistema ambiental en el vertedero por medio de un convenio, recalcar que los equipos, sensores, programación y web de control son de total propiedad intelectual del investigador.
7. El valor límite de exposición (VLE) del metano de 1000 ppm, no fue superado durante los 31 días de
prueba del sistema ambiental de riesgo, siendo el
mayor valor registrado de 906 ppm y el mínimo de 204 ppm.
AGRADECIMIENTO
Los autores expresan su sincero agradecimiento
a las siguientes personas e instituciones: a la UAP y
sus docentes por sus lineamientos y sapiencia acer-tada en mi formación profesional; a la Estación
-gador de la EEA Pucallpa – INIA por las constan -tes coordinaciones en la conducción y desarrollo del
presente trabajo de investigación. Al Ing. José Isidro Morales Gonzales, patrocinador de la tesis, por sus
orientaciones en el desarrollo del presente trabajo.
REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS
AGESUR (2011). Informe de Monitoreo Ambiental de Calidad del Aire, Iluminación, Emisiones
Gaseosas, Ruidos y Electromagnetismo. Central Térmica Independencia.
Aldridge, S. (2006). El Hilo de la Vida, 3ra ed., Estados Unidos, Ed. AKAL.
AMBIOCOL (2010). Consultora y asesora en segu-ridad, salud ocupacional y gestión
ambien-tal, recuperado el 12 de mayo del 2014, en: http://www.ambiocol.com
Arias, F. (2006). El proyecto de investigación, Ed. Nº
7, Caracas: Editorial Episteme.
Campbell, D. T. y Stanley J. C. (2012). Diseños
ex-perimentales y cuasi experiméntales en la in
-vestigación social, Traducción en Argentina,
Ed. Amorrortu.
Canadian Center for Occupational health and Sa-fety, CCOHS (2014). ACGIH (Conferencia Americana de Higiene Industrial Guberna -mental), Limite de exposición recomendado
para el metano”, www.ccohs.ca, recuperado el 08 de julio del 2014, en: http://www.cco
-hs.ca/oshanswers/chemicals/chem_profiles/ methane.html
Cívicos, A. y Hernández, M. (2007). “Algunas
re-flexiones y aportaciones en Torno a los enfo -ques teóricos y prácticos de la investigación
en Trabajo Social” Acciones e investigacio
-nes Sociales. Ed. Nº 23.
Clark A. I. (2011). Articulo Digital BOLPRESS “Ni
héroe ni villano, tan solo Metano”, consul
-tado el 15 de Junio del 2014. Disponible en: http://www.bolpress.com/art.php?Cod =2011021603.
Centro Nacional de Actualización Docente, CNAD (2010). Manual “Sistemas de Control”, 2010. México, recuperado el 26 de Junio del 2014, en: http://www.cnad.edu.mx/sitio/matdida c/
md/control/sistemas.pdf
Contraloría General del Perú (2013). Nota de
pre-sa Nº 128- 2013-CG/COM, 03 de Diciembre del 2013.
Debashree, S. (2012). Eliminación adecuada de
los desechos, recuperado el 15 de Mayo del 2014. Disponible en: http://www.ehowenes
-panol.com/eliminacion-adecuada-desechos manera_37403/
Dirección Ejecutiva de Salud Ambiental, DESA. (2010). “Monitoreo de la Calidad del Aire en
la Ciudad de Pucallpa Marzo del 2010”.
Dirección General de Salud Ambiental, DIGESA (2005). “Protocolo de monitoreo de la Calidad
del aire y gestión de los Datos”. En: www.di
-gesa.sld.pe/norma_consulta/p rotocolo_cali
-dad_de_aire.pdf
Gómez, R.S., Filigrana, P.A. (2008). Descripción de
la calidad del aire en el área de influencia del
Botadero de Navarro, Cali, Colombia.
Colom-bia Médica, Vól 39, pp 245-252.
Green Facts, (2014). Recuperado el 05 de Junio del 2014. en: http://www.greenfacts.org/es/glo
-sario/ mno/metano.htm
Hernández, R. Fernández, C. y Baptista L. P. (2010). Metodología de la investigación, Mé
-xico, 5ta Edición, Ed. McGraw-Hill.
Hincapié, I., Estévez, S., Giraldo E. (2001). Análi-sis y comportamiento de compuestos orgá-nicos volátiles en las emisiones de biogás del proveniente del relleno sanitario de Doña
Juana. Recuperado el 10 de Junio del 2014, en: http://columbus.uniandes.edu.co:505 0/ dspace/bitstream/1992/517/1/mi_93 7.pdf
Espa-ña, Ed. Universitat Politécnica de Valencia.
Inche, J. L. (2004). Gestión de la calidad del aire:
causas, efectos y soluciones. Instituto de
Investigación de Lima. Ingeniería Industrial UNMSM en: http://www.congreso.gob.pe/nt -ley/Ima
Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el trabajo, INSHT, (2014). “Límites de exposi
-ción profesional Para agentes químicos en España 2013”, recuperado el 08 de Julio del 2014, en: http://www.insht.es/InshtWeb/ Contenidos/Documentacion/LEP%20_VA
-LORES%20LIMITE/Valores%20limite/Li mi
-tes2013/limites%202013.pdf
Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cambio Climático, IPCC. (2001) Third As
-sessment Report. Washington – EEUU.
Grupo Intergubernamental de Expertos sobre el Cam-bio Climático IPCC. (2004). Inventario de gases
de efecto invernadero, Vol. 6:1–22. Recuperado el 25 de Junio del 2014, de: http://www.ipccng
-gip.iges.or.jp/public/gl/guidelin/ch6ref1.pdf
Houghton, J. T. (2001). Climate Change 2001: The Scientific Basis. Cambridge: Cambridge Uni -versity Press.
Korc, M. E. y Sáenz, R. (2004). Centro Panamericano
de Ingeniería Sanitaria y Ciencias del Ambiente
División de Salud y Ambiente “Monitoreo de la
calidad del aire En américa latina”, Lima.
Ley Nº 27314, Ley General de Residuos Sólidos, Glosario de términos, (2000), recuperado el
03 de Julio del 2014, genes/Leyes/27314.pdf
Ministerio del ambiente, vivienda y desarrollo territo-rial de Colombia, MINAMBIENTE. (2006). “Nor-ma de Calidad del Aire o Nivel de Inmisión, para todo el territorio nacional en condiciones de
refe-rencia.” , Resolución Nº 601, 04 de abril del 2006.
Ministerio del Ambiente, MINAM. (2012). Emisión de metano y sistemas de producción animal
en el Perú: Implicancias nutricionales, re
-cuperado el 3 de Julio del 2014. Disponible en:http://www.minan.gob.pe/MA-ganade -
ria-carne/nutricion/articulos/emision-meta-no-sistemas-produccion-t1842/p0.htm
Montalvo A. (2006). Programa Regional de Aire Limpio “Monitoreo de la calidad del aire en
Arequipa, Cusco, Trujillo y Chiclayo”.
Moss, A. R., Jouany, J. P. y Newbold C. J. (2004).
Methane production by ruminants: Its contri
-bution to global warming, Vol 43, pp 231-253.
MSDS Metano (2014). Hoja de Seguridad del
me-tano, recuperado el 08 de Julio del 2014, en: http://www.aga.com.ec/international/web/lg/ ec/...nsf/...msds.../METANO.pdf
Organización Mundial de la Salud. OMS. (1997).
The Air Management Information System (AMIS) and a Global Air Quality Partnership. Geneva: WHO.
Piedrafita, R. (2004). Ingeniería de la automatiza
-ción industrial, España, Ed. RA-MA, 2da Edi -ción.
Pontífice Universidad Católica de Valparaíso PUCV, (2008). Tesis “Monitoreo de gases del
vertedero Viñales, comuna de constitución”.
Rodríguez G. S., Sauri R.M. Peniche A.I. (2005).
Tratamiento y disposición final de residuos sólido municipales de Mérida, Yucatán. Inge
-niería Revista Académica.
Serna, A., Ros, F. y Rico, J. (2010). Guía práctica
de sensores, España, Ed. Creaciones.
García, J. E. (1993). Los plaguicidas y el combate de
plagas agrícolas en Costa Rica. Agronomía Costarricense 17(1): 121–133.
Sparkfun. (2014). Página de venta de productos
electrónicos, Características de los produc
