Determinación de la contribución de brown carbon en el material particulado presente en el aire de Bogotá durante la temporada de incendios enero-febrero de 2016

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DETERMINACIÓN DE LA CONTRIBUCIÓN DE BROWN CARBON EN EL MATERIAL PARTICULADO PRESENTE EN EL AIRE DE BOGOTÁ DURANTE LA

TEMPORADA DE INCENDIOS ENERO- FEBRERO DE 2016

PAULA MARCELA RAMÍREZ CELY

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C. 2016

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DETERMINACIÓN DE LA CONTRIBUCIÓN DE BROWN CARBON EN EL MATERIAL PARTICULADO PRESENTE EN EL AIRE DE BOGOTÁ DURANTE LA

TEMPORADA DE INCENDIOS ENERO- FEBRERO DE 2016

PAULA MARCELA RAMÍREZ CELY

PROYECTO DE GRADO PROYECTO DE INVESTIGACIÓN

ASESOR

RICARDO MORALES BETANCOURT

UNIVERSIDAD DE LOS ANDES

FACULTAD DE INGENIERÍA CIVIL Y AMBIENTAL DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA AMBIENTAL

BOGOTÁ D.C. 2016

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3 Tabla de contenido

RESUMEN ... 8

1. INTRODUCCIÓN ... 9

2. OBJETIVOS ... 9

2.1. Objetivo general ... 9

2.2. Objetivos específicos ... 9

3. MARCO TEÓRICO ... 9

3.1. Aerosol atmosférico... 10

3.2. Exponente de Ǻngström (α) ... 11

3.3. Light- Absorbing Carbon – LAC ... 11

3.4. Black Carbon ... 11

3.5. Brown Carbon (BrC) ... 12

3.5.1. Definición y características ... 12

3.5.2. Fuentes de generación ... 13

3.5.3. Efectos en la salud Humana... 13

3.5.4. Efectos en el Medio ambiente ... 14

3.5.5. Regulación nacional e internacional ... 14

3.6. Aethalometro AE33 ... 14

3.6.1. Funcionamiento general Aethalometro ... 16

3.6.2. Efectos que alteran las medidas de atenuación ... 18

3.6.3. Corrección efecto de carga ... 18

3.7. Contexto Incendios ... 20

3.7.1. Fenómeno del Niño ... 20

3.7.2. Cronología de incendios ... 20

4. CÁLCULOS AETHALOMETRO AE33 ... 23

4.1. Determinación de la concentración BC por longitud de onda ... 23

4.2. Parámetro de corrección K ... 25

4.3. Determinación Exponente de Ångström (α) ... 26

4.4. Determinación Porcentaje de quema de biomasa (Biomass Burning %) ... 27

4.4.1. Determinación Porcentaje de quema de biomasa utilizado por el AE33 ... 27

4.4.2. Determinación Porcentaje de quema de biomasa método alterno ... 29

4.5. Determinación Concentración de Brown Carbon ... 31

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5.1. Tiempo de medición ... 32

5.2. Ubicación Punto de Muestreo ... 32

5.3. Metodología utilizada en el estudio ... 33

5.3.1. Instalación Aethalometro AE33 ... 33

5.3.2. Procedimientos previos a la operación Aethalometro AE33 ... 34

5.3.3. Operación Aethalometro AE33 ... 36

5.3.4. Procedimiento para el análisis de datos ... 36

6. COMPROBACIÓN DEPENDENCIA ESPECTRAL DE LOS LACs ... 38

6.1. Parqueadero Edifico Mario Laserna ... 38

6.2. Laboratorio de Calidad del aire ... 40

7. RESULTADOS ... 41

7.1. Temporada incendios... 41

7.2. Análisis diario ... 46

7.2.1. 27 de Enero ... 46

7.2.2. 28 de Enero ... 48

7.2.3. 29 de Enero ... 49

7.2.4. 30 de Enero ... 51

7.2.5. 31 de Enero ... 52

7.2.6. 01 de Febrero ... 53

7.2.7. 02 de Febrero ... 55

7.2.8. 03 de Febrero ... 56

7.2.9. 04 de Febrero ... 57

7.2.10. 05 de Febrero ... 58

7.2.11. 06 de Febrero ... 60

7.2.12. 07 de Febrero ... 61

7.2.13. 08 de Febrero ... 62

7.3. Cuantificación día crítico del Incendio de San Cristóbal ... 64

8. CONCLUSIONES ... 69

9. RECOMENDACIONES ... 70

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5 Índice de Figuras

Figura 1. Clasificación del material particulado carbonáceo... 12

Figura 2. Esquema funcionamiento cabezal óptico de un aethalometro ... 17

Figura 3. Vista frontal, puerta abierta Aethalometro AE33 ... 17

Figura 4.Concentraciones BC sin compensar y compensadas con el parámetro k, con base de 1 segundo ... 19

Figura 5. Esquema cabezal óptico Aethalometro AE33 ... 19

Figura 6. Interfaz operación AE33 ... 36

Figura 7. Procedimiento análisis de datos ... 37

Índice de Ilustraciones Ilustración 1. Aethalometro AE33 ... 15

Ilustración 2. Ciclón diámetro de corte de 2.5 μm ... 16

Ilustración 3.Trampa de agua e insectos ... 16

Ilustración 4. Ubicación Aethalometro ... 33

Ilustración 5. Trampa de agua utilizada en el estudio ... 33

Ilustración 6. Instalación ciclón ... 34

Ilustración 7. Ubicación extremo de la tubería de entrada del aerosol ... 34

Ilustración 8. Calibrador de flujo Defender 510 ... 34

Ilustración 9. Pad de calibración de flujo ... 34

Ilustración 10. Pantalla calibración de flujo completa ... 35

Ilustración 11. Informe de verificación de flujo ... 35

Índice de Gráficas Gráfica 1. BC (470 Y 880 nm) -31 de Enero sin media móvil ... 37

Gráfica 2. BC (470 Y 880 nm) -31 de Enero con media móvil ... 38

Gráfica 3. BC (470 y 880 nm)- Dominancia Black Carbon ... 39

Gráfica 4. Brown Carbon (470 y 880 nm) - Dominancia Black Carbon ... 39

Gráfica 5. Exponente de Ångström (α) - Dominancia Black Carbon ... 39

Gráfica 6. BB% Quema de biomasa- Dominancia Black Carbon ... 39

Gráfica 7. BC (470 y 880 nm)- Dominancia Brown Carbon ... 40

Gráfica 8. Brown Carbon (470 y 880 nm) - Dominancia Brown Carbon ... 40

Gráfica 9. Exponente de Ångström (α) - Dominancia Brown Carbon ... 41

Gráfica 10. BB% Quema de biomasa- Dominancia Brown Carbon ... 41

Gráfica 11. Exponente de Ångström (α)- Campaña de monitoreo ... 42

Gráfica 12. Biomass Burning % (BB%)- Campaña de monitoreo ... 42

Gráfica 13. BC (470 Y 880 nm)- Campaña de monitoreo ... 43

Gráfica 14. Brown Carbon (470 Y 880 nm)- Campaña de monitoreo ... 43

Gráfica 15. Temperatura- Campaña de monitoreo ... 44

Gráfica 16. Humedad relativa %- Campaña de monitoreo ... 45

Gráfica 17. BC (470 Y 880 nm) -27 de Enero... 46

Gráfica 18. BB% Quema de biomasa -27 de Enero ... 46

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Gráfica 20. Exponente de Ångström (α) – 27 de Enero ... 46

Gráfica 23. Brown Carbon (470 Y 880 nm) -28 de Enero ... 48

Gráfica 33. BC (470 Y 880 nm) - 31 de Enero... 52

Gráfica 37. BC (470 Y 880 nm) -01 de Febrero ... 53

Gráfica 38. BB% Quema de biomasa -01 de Febrero ... 53

Gráfica 39. Brown Carbon (470 Y 880 nm) -01 de Febrero ... 54

Gráfica 40. Exponente de Ångström (α) – 01 de Febrero ... 54

Gráfica 47. Brown Carbon (470 Y 880 nm) -03de Febrero ... 56

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Gráfica 68. Exponente de Ångström (α) – 08 de Febre ... 62

Gráfica 69. BC registrado (470 nm) - Promedio días de monitoreo ... 65

Gráfica 70. Brown Carbon (470 nm)- Promedio días de monitoreo ... 66

Gráfica 71. Brown Carbon (470 nm)- Día crítico incendio San Cristóbal (02 de Febrero) y 08 de Febrero... 67

Gráfica 72. Brown Carbon (470 nm)- Día crítico incendio San Cristóbal (02 de Febrero) y 11 de Febrero... 68

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8 RESUMEN

En el presente estudio se determina y analiza la contribución de Brown Carbon en el material particulado presente en el aire de Bogotá. Para esto, se realizó una campaña de monitoreo, utilizando el Aethalometro AE33, entre el 27 de Enero y el 8 de Febrero de 2016, periodo de tiempo caracterizado por la presencia del fenómeno del Niño, que favorece la formación y propagación de incendios forestales como el del Batallón de San Cristóbal, así como otros incendios de menor magnitud.

Se inicia con una revisión bibliográfica, para facilitar la comprensión de los conceptos y herramientas relacionadas con la cuantificación del aerosol, dada la novedad del término Brown Carbon en la comunidad científica. Debido a su dependencia espectral, los aerosoles carbonáceos capaces de absorber la luz (LACs) pueden clasificarse según su fuente de generación en Black Carbon (carbono negro), proveniente de la quema de combustibles fósiles, como el diésel; y en carbono marrón o Brown Carbon, aerosol proveniente de diversas fuentes como los bioaerosoles y la combustión de materia orgánica, biomasa. Posteriormente, se describe el funcionamiento del Aethalometro AE33, que mide las concentraciones de los LACs en 7 longitudes de onda y corrige el efecto de sombra, dado por la acumulación del contaminante sobre la cinta de filtro.

Para cuantificar la fracción de Brown Carbon, se utiliza, como guía, el estudio de Sandradewi et al. (2008) realizado en Roveredo, Suiza, cuyo algoritmo permite la obtención de la fracción mediante el cálculo del exponente de Ångström, utilizando las concentraciones reportadas por el equipo en una longitud de onda dentro del rango UV y en el rango infrarrojo.

Luego, se verifica la dependencia espectral de los LACs, mediante el análisis de dos escenarios opuestos, donde predomina alguna de las fuentes de generación.

Se realiza un análisis diario durante el tiempo de monitoreo para determinar el origen y comportamiento del aerosol carbonáceo (BC registrado), el Brown Carbon calculado, coeficientes de Ångström y porcentaje de quema de biomasa reportado por el aethalometro. Se identifica un comportamiento bimodal en las concentraciones del LAC en los días laborales. Se encontró que el día 2 de Febrero fue el de mayor contribución de Brown Carbon, donde se alcanzaron valores de Ångström de 1.39, en el momento de mayor contribución. Igualmente, se encontró que en los días 3,4 y 5 de febrero presentaron los mayores valores de LAC y el de mayor concentración promedio fue el 4 de febrero, día de no carro. Finalmente se determinó que durante el día de mayor aporte de quema de biomasa (2 de febrero), las concentraciones de Brown Carbon fueron 2.59 veces mayores, respecto a un día laboral típico, situación que puede ocasionar efectos adversos en la salud de la ciudadanía expuesta a las altas concentraciones de Brown Carbon.

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1. INTRODUCCIÓN

El carbono es un componente presente en el material particulado de menor diámetro del aire de las ciudades, éste es capaz de retener la luz y transformarla en calor, por lo cual su medición es de significativa importancia en la cualificación de la calidad del aire, ya que en altas concentraciones ocasiona efectos adversos en la salud humana. No obstante, el carbono no está presente en una sola forma, dependiendo de la fuente de generación, el carbono puede ser clasificado en Black Carbon (carbono negro), proveniente de la quema de combustibles fósiles, como el diésel; y en carbono marrón o Brown Carbon, aerosol proveniente de diversas fuentes como los bioaerosoles y la combustión de materia orgánica, por ejemplo, la madera.

Ahora bien, se quiere cuantificar la contribución de Brown Carbon al material particulado presente en la ciudad de Bogotá, dado que hasta la fecha, no se han desarrollado estudios relacionados en el caso específico, ni se ha determinado su efecto en la calidad del aire que a diario respiramos. Es de resaltar, que la contribución de carbono en el material particulado puede verse drásticamente afectada por el tiempo y época del año.

Como guía para la medición y análisis, se tiene el estudio de Sandradewi et al. (2008) realizado en Roveredo, Suiza, en el que se determinaron los parámetros necesarios para cuantificar la concentración de Brown Carbon, por medio de las mediciones del coeficiente de absorción de las partículas utilizando un Aethalometro AE33 de Magee Scientific Aethalometer.

2. OBJETIVOS

2.1.Objetivo general

Determinar la contribución de Brown Carbon en el material particulado presente en el aire de Bogotá, durante la temporada de incendios forestales de Enero- Febrero de 2016, por medio de las mediciones de las concentraciones de aerosol carbonáceo capaz de absorber la luz (LAC), utilizando un aethalometro dual spot.

2.2.Objetivos específicos

 Analizar las concentraciones de Brown Carbon y establecer relaciones y/o patrones en relación con la hora y el día de medición.

 Determinar los exponentes de Ǻngström para cuantificar la quema de biomasa.  Comprender y documentar el funcionamiento del Aethalometro AE33.

 Entender el algoritmo de Sandradewi et al. (2008), utilizado por el AE33, para la estimación del porcentaje de Brown Carbon en el aerosol carbonáceo.

3. MARCO TEÓRICO

Para empezar el análisis de la contribución de Brown Carbon durante la temporada de incendios ocurrida en Bogotá, durante el tiempo de monitoreo del 27 de Enero hasta el 8 de Febrero de 2016; se requiere definir y comprender con claridad cada uno de los términos y ecuaciones utilizados en el estudio, puesto que el término Brown Carbon es relativamente

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10 nuevo, por lo cual hoy en día, se cuentan con limitaciones científicas en lo referente a la caracterización fisicoquímica del tipo de aerosol atmosférico.

Igualmente se hace una revisión bibliográfica, que permite la comprensión de los conceptos y herramientas que facilitan la cuantificación de las concentraciones del contaminante en el aire, haciendo énfasis en el funcionamiento del Aethalometro AE33, que mide las concentraciones de los aerosoles carbonáceos capaces de absorber la luz (LACs), y que fue utilizado en la campaña de monitoreo. Es de resaltar, que a pesar de que es muy probable que las altas concentraciones de Brown Carbon, perjudiquen la calidad del aire y ocasionen perjuicios a la salud humana; la cuantificación de su impacto es limitada, pues actualmente no se han desarrollado suficientes estudios para determinar su toxicidad, por lo cual, ningún país cuenta con regulaciones específicas, ni se conocen valores estándar.

A continuación, se explican brevemente las características generales de los aerosoles atmosféricos y la definición del exponente de Ǻngström, que como propiedad radiativa es útil en la caracterización de cualquier tipo de aerosol. Posteriormente, se explican las propiedades de los LACs, grupo de aerosoles al que pertenecen el Brown Carbon y Black Carbon, también relevante en el estudio. De igual forma, se dedica una sección a la comprensión de las propiedades, fuentes de generación, y efectos en la salud humana y en el medio ambiente del Brown Carbon. Finalmente, se describen algunas de las herramientas e instrumentos para medir las concentraciones de los aerosoles y el funcionamiento del aethalometro AE33.

3.1.Aerosol atmosférico

La definición de aerosol atmosférico hace referencia a las partículas, ya sean sólidas o líquidas que se encuentran suspendidas en la atmósfera y cuyo tamaño varía entre 0.001 a 100 μm. Debido a su variabilidad en cuanto a características físico- químicas, los aerosoles, generalmente se clasifican en función de su origen, en aerosoles naturales y de tipo antropogénico. Los aerosoles naturales, como su nombre indica, llegan de manera natural a la atmósfera, tal es el caso de la sal marina y el polvo del desierto, contrario a los aerosoles antropogénicos, producidos por actividad humana, entre los que se destaca el hollín producido en procesos de combustión. (Segura Rendón, 2015, pág. 5)

La mayoría de los aerosoles orgánicos dispersan la luz visible, no obstante, existen aerosoles carbonáceos y orgánicos que absorben la luz y constituyen un tipo de contaminante atmosférico, puesto que afectan la calidad del aire, perjudicando la salud humana; y a su vez, ocasionan cambios en los procesos atmosféricos, debido a que, afectan el balance energético, dada su interacción con la radiación proveniente del sol. Entre los ejemplos más conocidos están el Black Carbon y el polvo mineral.

El desequilibrio en la radiación del sistema climático, se conoce como forzamiento radiativo. “El forzamiento radiativo directo de los aerosoles se debe a que absorben y dispersan la radiación solar que incide sobre ellos. El tamaño de estas partículas es similar al de la longitud de onda de la radiación proveniente del Sol, por lo que pueden interactuar eficazmente con ésta, reduciendo la irradiación solar total que alcanza la superficie de la Tierra” (Díaz Rodríguez, 2006, pág. 9). Dependiendo del tipo de aerosol, se puede tener forzamiento radiativo positivo, como ocurre con el Black Carbon, que contribuye al calentamiento global, o negativo, que produce el efecto contrario como el ocasionado por

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11 el polvo mineral. Adicionalmente, indirectamente afectan las precipitaciones y el albedo, al servir de núcleos de condensación para la formación de nubes. (Segura Rendón, 2015, pág. 3).

3.2.Exponente de Ǻngström (α)

Los aerosoles poseen propiedades radiativas, que sirven para garantizar su dependencia espectral. El espesor óptico de los aerosoles (AOD), se refiere a la extinción de la radiación normalizada y varía según la longitud de onda. Es así como, el exponente de Ångström (α), relaciona el AOD con una longitud de onda específica, brindando información sobre el tamaño del aerosol. La ley de Ångström, se expresa por la ecuación (1):

𝐴𝑂𝐷(𝜆) = 𝛽𝜆−𝛼

𝐴𝑂𝐷: 𝐸𝑠𝑝𝑒𝑠𝑜𝑟 ó𝑝𝑡𝑖𝑐𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑜𝑠 𝑎𝑒𝑟𝑜𝑠𝑜𝑙𝑒𝑠 𝜆: 𝐿𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎 (𝑛𝑚)

𝛽: 𝑐𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑡𝑢𝑟𝑏𝑖𝑒𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 Ǻ𝑛𝑔𝑠𝑡𝑟ö𝑚

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El exponente de Ångström es usado en el estudio de la “proporción relativa de partículas finas y gruesas en la distribución de tamaños, ya que habrá mayor número de partículas gruesas cuando su valor esté más próximo a 0” (Esteve Martínez, 2011, pág. 20). De forma similar, estará más próximo al valor de 1, con el aumento en la proporción de partículas finas.

3.3.Light- Absorbing Carbon – LAC

Según Andreae y Gelencsér (2006), se le llama Light- Absorbing Carbon, al tipo de sustancias carbonáceas, que hacen parte del aerosol atmosférico y pueden absorber la luz o radiación solar. El carbono capaz de absorber la luz, se compone por Black Carbon y Brown Carbon. La complejidad de los LACs y las variaciones en sus concentraciones relativas hacen difícil caracterizar la composición molecular y determinar qué tipos de moléculas o agregados moleculares, dictan las propiedades ópticas del Brown Carbon.

3.4.Black Carbon

Dentro de los aerosoles compuestos por sustancias carbonáceas, el más conocido es el Black Carbon (BC), formado por la combustión incompleta de fuentes fósiles, especialmente diésel, así como de emisiones industriales, domésticas y por quema de biomasa. El Black Carbon, se caracteriza por ser el componente, dentro del material particulado, que absorbe más fuertemente la radiación solar en el espectro electromagnético, rango infrarrojo. Igualmente es insoluble en el agua, así como en disolventes orgánicos. De esta forma, este tipo de aerosol es de gran importancia ya que ocasiona un cambio en la atmósfera, al afectar sus propiedades ópticas, por lo cual es reconocido como el segundo agente antropogénico más importante para el cambio climático, después del 𝐶𝑂2 (Drinovec et al., 2015a). El Black Carbon, contribuye al calentamiento global, mediante la absorción directa de la luz en todas las longitudes de onda, además reduce el albedo, a través del derretimiento de la nieve cuando se deposita y al interactuar con las nubes. (EPA, 2012).

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12 Respecto a los efectos adversos que produce la inhalación de Black Carbon, no se cuenta con suficiente información para diferenciar sus efectos en la salud, respecto a los producidos por el 𝑃𝑀_2.5, razón por la cual se le asocian los mismos perjuicios ocasionados por el 𝑃𝑀_2.5, que incluyen enfermedades cardiovasculares y respiratorias, así como la muerte prematura. (EPA, 2012)

Es de resaltar, que como se explica más adelante, el término Black Carbon se utiliza inadvertidamente para referirse al LAC obtenido por medio de análisis ópticos.

3.5.Brown Carbon (BrC)

3.5.1. Definición y características

El Brown Carbon o Carbono Marrón, como parte de los aerosoles carbonáceos que absorben la luz, se caracteriza por tener un espectro de absorción, que aumenta en las longitudes de onda dentro del rango UV. El Brown Carbon, es un término recientemente acotado en la literatura y aún no se tiene un consenso en la comunidad científica acerca de sus características químicas exactas. En la Figura 1, se observa la clasificación óptica y termoquímica del material particulado carbonáceo en la atmósfera:

Figura 1. Clasificación del material particulado carbonáceo. Tomado de (Pöschl, 2003,

pág. 31)

Como puede notarse, el límite superior corresponde al Carbono elemental (Componente del Black Carbon) y el inferior al Carbono Orgánico Incoloro, como lo es la mayoría de hidrocarburos. La dirección de las flechas laterales en la figura indica el aumento de la absorción óptica y la refractariedad química, a medida que aumenta la coloración de las partículas. El Black Carbon presenta la mayor absorción óptica, volatilidad y coloración (débil dependencia espectral y exponente de Ångström alrededor de 1), mientras, el Carbono orgánico al ser incoloro, presenta magnitudes mínimas de absorción óptica, por lo cual, tiene poca afectación en el forzamiento radiativo (Laskin, Laskin, & Nizkorodov, 2015).

En el medio de los límites mostrados en la Figura 1, se encuentra el Brown Carbon, que presenta una fuerte dependencia espectral (exponente de Ångström entre 2 y 6) y aumento de la absorción en el rango UV de la luz (300-400 nm), que ocasiona su apariencia marrón. El Brown Carbon está formado por compuestos orgánicos de significativa coloración, y

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13 estructuras moleculares poco caracterizadas y poco volátiles. (Laskin, Laskin, & Nizkorodov, 2015)

Las moléculas que conforman el Brown Carbon, han sido determinadas como polares con componentes solubles e insolubles en el agua. Debido a que, la fracción insoluble en el agua tiene una mayor absorción por unidad de masa que la soluble, sus propiedades de absorción de la luz, se ven fuertemente afectadas por la temperatura del proceso de combustión y la humedad, por lo que el tipo de combustible es menos importante. “La fracción soluble en agua suele ser menor al 70%, mientras que casi el 90% de Brown Carbon, puede extraerse en disolventes orgánicos polares, como metanol y acetonitrilo”. (Laskin, Laskin, & Nizkorodov, 2015, pág. 4339)

3.5.2. Fuentes de generación

La generación de Brown Carbon principalmente se debe a la quema de biomasa. Según Laskin, Laskin, y Nizkorodov (2015), el Brown Carbon puede ser de tipo primario o secundario, en función de su fuente de generación. El Brown Carbon primario, proviene de la quema directa de biomasa, la ocurrencia de incendios forestales, así como de la combustión de madera y carbono para la calefacción doméstica y la liberación biogénica de materia húmica, restos vegetales y de hongos.

Por otro lado, el Brown Carbon secundario, se produce en reacciones multifase en la atmósfera, entre las partículas gaseosas y liquidas de las nubes. Tal es el caso de las sustancias húmicas llamadas HULIS (Humic- like substances), que se forman por el procesamiento acuoso y oligomerización de compuestos orgánicos solubles, dentro de las nubes, como ocasión de la combustión de biomasa (Laskin, Laskin, y Nizkorodov, 2015). Igualmente, a partir de estudios recientes, se ha identificado otra fuente de Brown Carbon, en los aerosoles orgánicos secundarios, formados por envejecimiento foto-químico, con la oxidación de compuestos orgánicos volátiles (VOCs) de la quema de biomasa (Saleh et al., 2013). Como consecuencia de la diversidad de fuentes de generación, de temperatura de combustión y contenido de humedad, las características ópticas del Brown Carbon son sumamente variables.

3.5.3. Efectos en la salud Humana

De manera análoga a lo que sucede con el Black Carbon, actualmente no se cuenta con estudios que brinden información significativa acerca de la toxicidad del Brown Carbon, ni los perjuicios que conlleva su inhalación para la salud humana. La EPA (2012), reconoce la existencia del Brown Carbon, pero no diagnostica una dosis de referencia, sólo indica los límites del 𝑃𝑀_2.5 para el caso del Black Carbon. Entre los estudios recientes, se ha encontrado que a corto plazo, la exposición a humo de leña en zonas residenciales con alta quema de biomasa, ocasiona respuestas inflamatorias leves y se puede presentar irritaciones en graganta y nariz (Riddervold et al., 2012).

Según la revisión bibliografica que hacen Laskin, Laskin, y Nizkorodov en 2015, la inhalacion del aerosol generado por la quema de biomasa, sugiere ser menos tóxica que la

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14 de diésel. Sin embargo, a largo plazo, los efectos crónicos de la inhalación de humo son problamente significativos y el humo de la biomasa de leña, factiblemente comparte algunas similitudes con el humo del cigarrillo, por lo cual, la comparacion de los efectos sería interesante. Cabe resaltar, que la exposición crónica puede ocurrir en las zonas residenciales que utilizan la quema de biomasa en sus quehaceres cotidianos y se requieren más investigaciones sobre el tema.

3.5.4. Efectos en el Medio ambiente

Los efectos producidos por la presencia de Brown Carbon en el material particulado atmosférico a nivel climatológico, presentan un comportamiento similar al del Black Carbon. Esto debido, a que al ser un aerosol que absorbe la luz, contribuye al forzamiento radiativo mencionado anteriormente, pues absorbe la radiación solar y de esta forma contribuye al calentamiento global. Es de resaltar que la ausencia del Brown Carbon en varios modelos climatológicos, ocasiona errores respecto a las mediciones de forzamiento radiativo. Se estima que la quema de biomasa contribuye en una tercera parte del Black Carbon presupuesto a nivel mundial y en una fracción de dos tercios de los aerosoles orgánicos (Saleh et al., 2014).

3.5.5. Regulación nacional e internacional

Teniendo en cuenta, que la introducción del término Brown Carbon, es un hecho reciente, no se tiene información para determinar los estándares de regulación que no afecten la salud humana. De esta forma, se prevé utilizar como concentraciones máximas recomendadas, las reguladas para el 𝑃𝑀_2.5, al que pertenecen los aerosoles atmosféricos y por lo tanto, el Brown Carbon y el Black Carbon. El 𝑃𝑀_2.5 es un contaminante criterio fácilmente reconocido y medido como determinante de la calidad del aire. A continuación se muestran los valores de concentraciones máximas permitidas en Colombia según la Resolución 610 del 2010 y según la Organización Mundial de la Salud (2014):

Tabla 1. Legislación Colombiana e internacional PM 2.5

Nivel Máximo Permisible (µg/m3)

Tiempo de exposición OMS Colombia (Resolución 610 de 2010)

Anual 10 25

24 horas 25 50

Nota. Recuperado de (Organización Mundial de la Salud, 2014) y (Ministerio de Ambiente, Vivienda y Desarrolo Territorial, 2010)

3.6.Aethalometro AE33

El aethalometro es un instrumento que recoge partículas de aerosol en una cinta de filtro y posee un fotómetro, que de manera continua, mide la trasmisión de luz o señal lumínica a través del filtro, utilizando siete longitudes de onda, (370, 470, 525, 590, 660, 880, 950 nm). La ventaja del aethalometro AE33 de Magee Scientific, radica en la eliminación de las nolinearidades en las mediciones, consecuencia del efecto de sombra o carga en el filtro.

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15 Este instrumento, utiliza un mismo flujo de aire de entrada para realizar dos mediciones simultáneas, en dos puntos del filtro con diferente tasa de acumulación del aerosol y magnitud de saturación. Es así como, mediante algoritmos internos, los resultados se combinan para eliminar las no linealidades y se obtiene la tasa de variación de la atenuación de la luz en el filtro cargado y por tanto, el coeficiente de absorción, así como la concentración instantánea del aerosol carbonáceo. Para obtener el coeficiente de absorción, se requiere del conocimiento del flujo de aire lateral en la matriz del filtro, la atenuación de ambas mediciones, la sección transversal de atenuación y el parámetro de efecto de carga.

El fabricante prepara el aparato para leer nominalmente la misma concentración de masa de Black Carbon, en todas las longitudes de onda, bajo la suposición de la dependencia de longitud de onda, inversa a la atenuación de la luz medida en el filtro (Arnott, Hamasha, Moosmüller, Sheridan, & Ogren, 2010, pág. 18). De esta forma, las mediciones registradas son reportadas como Black Carbon, cuando en realidad se refieren a los aerosoles de tipo LAC, sin discriminar la fuente de generación, que como se ha mencionado divide el grupo de LACs en Black Carbon y Brown Carbon. Con el fin de evitar confusiones, las concentraciones que son reportadas por el equipo se denominarán BC medido, mientras que las de Black Carbon proveniente de la quema de combustibles fósiles como el diésel si serán llamadas Black Carbon.

Ahora bien, el aethalometro AE33 está construido a manera de una caja compacta, con un exterior de acero para proteger el montaje interior. Se alimenta mediante una red eléctrica de entrada de corriente alterna y posee un ventilador de enfriamiento. La interacción con el usuario se hace mediante una pantalla táctil, que permite su calibración y la inserción de parámetros. Los datos obtenidos pueden ser visualizados en la pantalla o descargados en una memoria USB.

Ilustración 1. Aethalometro AE33. Tomado de (Aerosol d.o.o. Magee Scientific

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16 3.6.1. Funcionamiento general Aethalometro

El equipo toma muestras del aire por medio de una entrada, previamente conectada a un tubo, unido en su extremo final a un ciclón (Ilustración 2), que discrimina el tamaño de las partículas en el aire, mediante su filtración de acuerdo con su diámetro aerodinámico. Puede usarse ciclones de 10, 2.5 o 1 μm. Igualmente, el tubo por donde entra el aire, está conectado con una trampa de agua (Ilustración 3), para evitar la entrada de agua en el equipo.

Ilustración 2. Ciclón diámetro de corte de 2.5 μm. Tomado de (Aerosol d.o.o. Magee

Scientific Aethalometer®, 2016, pág. 131)

Ilustración 3.Trampa de agua e insectos. Tomado de (Aerosol d.o.o. Magee Scientific

Aethalometer®, 2016, pág. 131)

En cualquier aethalometro, las mediciones continuas de las señales lumínicas, se realizan por medio de un cabezal óptico cuyo esquema general se observa en la Figura 2. Las muestras del aerosol son recolectadas con un flujo de aire medido y constante, utilizando una bomba interna del equipo y la muestra de aire es guiada a través del filtro, en donde se depositan las partículas del aerosol, dejando una mancha (spot).

Inmediatamente, mediante una fuente de luz LED, diferente para cada longitud de onda, se miden las señales lumínicas con dos fotodetectores en un tiempo 𝑡, es así como se hacen dos mediciones en la cinta de filtro al mismo tiempo: la medición de la señal lumínica en el aerosol (𝐼), correspondiente a la mancha de la muestra de aire, y la de la señal de referencia (𝐼0), en una zona prístina del filtro, donde no pasa ningún flujo de aire. La

(17)

17 medición de ambas señales, permite el cálculo de la atenuación óptica en el filtro (ATN), que mediante algoritmos explicados en la sección Determinación de la concentración de Black Carbon por longitud de onda, permiten hallar las concentraciones del aerosol en el aire.

Figura 2. Esquema funcionamiento cabezal óptico de un aethalometro. Tomado de

(Arnott, Hamasha, Moosmüller, Sheridan, & Ogren, 2010, pág. 18)

Es de resaltar, que en el caso del aethalometro AE33, dichas mediciones se realizan al mismo tiempo para las 7 longitudes de onda. Las mediciones son realizadas de forma continua, al utilizar una cinta de filtro, que avanza un espacio determinado con cada medición, es decir que por cada posición de la cinta se registra un valor de 𝐼 e 𝐼₀, diferentes. En la Figura 3, se observa el interior del equipo, donde se aprecia el cabezal óptico y la cinta del filtro. El filtro puede ser de fibra de cuarzo o tetrafluoroetileno TFE (Drinovec, y otros, 2015b). El intervalo de medición se introduce por el usuario, siendo de 1 minuto hasta 1 segundo de resolución.

Figura 3. Vista frontal, puerta abierta Aethalometro AE33. Tomado de (Sanambiente

(18)

18 3.6.2. Efectos que alteran las medidas de atenuación

Mediante la medición de la atenuación de aerosol en el filtro, se realiza el cálculo de los coeficientes de absorción para cada longitud de onda y finalmente se obtienen las concentraciones del contaminante. No obstante, se tienen tres efectos que afectan directamente la atenuación que mide el equipo. Según Segura Rendón (2015) estos son: el efecto de multidispersion, el de carga o sombra y el de dispersión simple.

 El efecto de multidispersión ocasiona el aumento de la atenuacion medida por el detector en la mancha, toda vez que se tiene una dispersión de la luz, propia de las fibras del filtro. Este efecto es corregido por medio del parametro C, que no tiene una significativa dependencia espectral (Weingartner et al., 2003; Segura et al., 2014), por lo cual solo varía dependiendo del material del filtro y es medido en laboratorio.

 El efecto de carga o de sombra, que como su nombre indica, ocasiona una especie de sombra, debido a la deposición de las partículas carbonáceas en el filtro. Este efecto, es corregido por medio del parámetro de corrección 𝑘 , cuya explicación se encuentra en la sección Parámetro de corrección 𝑘. Es de resaltar, la importancia de la carga en el filtro pues ocasiona la subestimación de las medidas de atenuación.

 El efecto de dispersión simple, en el cual algunos aerosoles, además de absorber la luz, también la dispersan. Sin embargo, este efecto es irrelevante en los LACs.

3.6.3. Corrección efecto de carga

Para corregir el efecto de carga, el aethalometro AE33 utiliza como método de corrección, la estimación de un parámetro de compensación de carga (𝑘), obtenido, con la medición de las señales lumínicas en dos manchas del filtro al mismo tiempo, pero con diferentes flujos de aire, en lo que el fabricante llama, método patentado DualSpotTM, por el cual se modifica el valor final de la concentración de BC.

El efecto de carga puede apreciarse en la reducción de las atenuaciones y por tanto, reducción de las concentraciones de BC, a medida que aumenta el tiempo y se hacen las mediciones en la misma posición de la cinta del filtro. Es así como, se observan saltos en las mediciones entre los cambios de posición de la cinta (Figura 4), pues cuando la cinta avanza, el filtro vuelve a estar limpio, razón por la cual, existen diversos algoritmos de corrección, entre los que resaltan el de Virkkula et al. (2007) y el de Arnott et al. (2010). La correción de el efecto de carga, es independiente de las condiciones de medicion y caracteristicas del aerosol. Esto debido a que:

“Empíricamente, se ha encontrado que los aerosoles más frescos, más cerca de sus fuentes de combustión mostrarán un "efecto de carga en la mancha" más grande; mientras que los aerosoles de mayor edad, bajo condiciones atmosféricas de alta actividad química y el procesamiento oxidativo, pueden mostrar un efecto casi cero” (Aerosol d.o.o. Magee Scientific Aethalometer®, 2016, pág. 142).

(19)

19 Es así como, el efecto de carga varía dependiendo de la ubicación geográfica, en que se realiza la medición, por lo tanto, el aethalometro AE33, usa un método similar al de Virkkula (2007) y estima el parámetro de compensación 𝑘, suponiendo que el efecto es linear con la carga (Aerosol d.o.o. Magee Scientific Aethalometer®, 2016), como se observa en la siguiente ecuación:

𝐵𝐶(𝑟𝑒𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜) = 𝐵𝐶(sin 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎) ∗ (1 − 𝑘 ∗ 𝐴𝑇𝑁) (2)

Al realizar dos mediciones simultáneas al mismo tiempo, con diferentes flujos de aire proveniente de la misma fuente externa, se puede estimar la concentración BC sin efecto de carga, así como el parámetro 𝑘, que puede ser útil en la caracterización óptica de los aerosoles. En la Figura 4, se observa un ejemplo del efecto de la corrección en las concentraciones BC:

Figura 4.Concentraciones BC sin compensar y compensadas con el parámetro k, con base

de 1 segundo. Tomado de (Aerosol d.o.o. Magee Scientific Aethalometer®, 2016, pág. 145)

Para mayor claridad, en la Figura 5, se muestra el detalle del cabezal óptico del AE33, cuya vista perpendicular de la cinta de filtro, indica la ubicación de las dos manchas en el filtro y de los fotodetectores.

Figura 5. Esquema cabezal óptico Aethalometro AE33. Tomado de (Sanambiente S.A.S,

(20)

20

3.7.Contexto Incendios

3.7.1. Fenómeno del Niño

Es de conocimiento general, que los fenómenos climáticos extremos constituyen una de las mayores causas de incendios forestales, tal es el caso, de la presencia en el territorio nacional de “El Niño”, el cual se intensificó a finales del año pasado y comienzos de 2016, formando parte de los más fuertes ocurridos desde la década de los 50. (Comisión Distrital para la Prevención y Mitigación de Incendios Forestales - CDPMIF, 2015). Según el Instituto de Hidrología, Meteorología y Estudios Ambientales (2016) “el fenómeno estuvo entre los dos más fuertes en la historia, en términos de intensidad, calculada con indicadores océano- atmosférico”.

Con ocasión del aumento de la temperatura, se altera el ciclo hidrológico y por ende, se favorece la generación de incendios en zonas forestales, tal y como se evidenció en Diciembre de 2015, mes en que se presentaron incendios forestales en un área aproximada de 73645,16 ha y conatos en 18746 ha (Unidad administrativa especial cuerpo oficial de bomberos Bogotá, 2016).

Para mitigar sus efectos, la Alcaldía de Bogotá, realizó un plan de contingencia por medio de la Comisión Distrital para la Prevención y Mitigación de Incendios Forestales. No obstante, la intensificación de este fenómeno climático, originó la pérdida de vegetación con extensas áreas afectadas por la ocurrencia de una mayor cantidad de incendios forestales, durante los meses de Enero y Febrero de 2016.

3.7.2. Cronología de incendios

Para realizar el análisis de los días de medición, a falta de un registro de incendios en tiempo real, se utilizó como herramienta de información la cuenta oficial de Bomberos Bogotá en Twitter, @BomberosBogota, cuenta que emite mensaje continuamente de situaciones de riesgo para la comunidad como lo son: incendios forestales, sean estos causados por manos criminales o por otros orígenes, además de incendios estructurales. A continuación se muestra la cronología de incendios:

25 de Enero:

 04:03 - Incendio en la Reserva Forestal de Monserrate en la Avenida Circunvalar con Calle 24 (Quema prohibida).

26 de Enero:

 12:21 - Incendio en la Calle 19 Sur No. 14-38.

 12:29 - Incendio en la Calle 13 con Carrera 19 (Quema prohibida).

 17:04 - Incendio por quema de basuras en el Km. 3 Vía La Calera. 27 de Enero:

 07:48 - Incendio por quema forestal en la Calle 32 Sur con Carrera 12 Barrio Las Lomas. (Extinguido).

(21)

21

 09:19 - Incendio por quema de pastos en la Calle 27 Sur con Carrera 3 Este.

 12:15 - Incendio por quema de pastos en la Carrera 18 I con Calle 74C Sur Barrio Lucero Alto.

 13:21 - Incendio estructural en una casa taller de la Carrera 9 con Calle 31 Sur.

 13:22 - Incendio en tostadora de café en la Calle 68 con Carrera 28. 28 de Enero:

 09:59 - Incendio por quema forestal en el Cerro de la Avenida Boyacá con Calle 173. (Controlado el mismo día).

 12: 24 - Incendio forestal en el Cerro Km. 3.5 Vía La Calera. (Controlado el mismo día).

 13:24 - Incendio estructural en la Carrera 7 Este No. 15 Sur 05. (Controlado). 29 de Enero:

 06:18 - Incendio por quema de pastos en la Carretera Oriente con Calle 33 Sur Barrio La María. (Controlado).

 08:12 - Conato de incendio en la Calle 80 con Carrera 89. (Controlado).

 09:01 - Incendio forestal en la Transversal 7 Este con 4 Sur (Controlado).

 10:05 - Incendio forestal vegetación nativa dentro de los predios del Batallón de Logística San Cristóbal Sur en la Calle 11 Sur con Carrera 10 Este. (No

controlado el mismo día). 30 de Enero:

 20:45 - Incendio forestal vegetación nativa dentro de los predios del Batallón de Logística San Cristóbal Sur en la Calle 11 Sur con Carrera 10 Este. (Controlado). 31 de Enero:

 No hubo incendios nuevos reportados. Continuó el incendio forestal vegetación nativa dentro de los predios del Batallón de Logística San Cristóbal.

1 de Febrero:

 06:54 - Incendio estructural en la Calle 19 Sur No. 24D20 en fábrica de zapatos del Barrio Restrepo. (Controlado el mismo día).

 08:31 - Incendio por quema forestal en Aguas Claras. (No Controlado el mismo día).

 12:44 - Incendio forestal en la Carrera 22 No. 162-21 Barrio Toberín. (Controlado el mismo día).

 Continúa el incendio forestal vegetación nativa dentro de los predios del Batallón de Logística San Cristóbal Sur.

2 de Febrero:

 16:02 - Incendio por quema forestal en Aguas Claras. (Continúa).

 18:15 - Continúa el incendio forestal vegetación nativa dentro de los predios del Batallón de Logística San Cristóbal Sur.

(22)

22 3 de Febrero:

 17:29 - Controlado en 100% el incendio forestal vegetación nativa dentro de los predios del Batallón de Logística San Cristóbal Sur.

 18:43 - Continúa el incendio por quema forestal en el Barrio Aguas Claras.

 11:19 - Incendio por quema de pastos en la Autopista Norte con Calle 200 (Controlado el mismo día).

 12:51 - Incendio por quema de pastos en la Carrera 13 con Calle 32 Sur Barrio Pijaos.

 12:52 - Incendio por quema de pastos en la Carrera 77 con Calle 47 Sur Barrio Villa del Río.

4 de Febrero:

 Continúa el incendio por quema forestal en Aguas Claras.

 06:46 - Incendio forestal Cerro de Guadalupe (Controlado en 90%). 5 de Febrero:

 03:39 - Continúa el incendio por quema forestal en Aguas Claras. 6 de Febrero:

 16:11 - Control del 100% del incendio por quema forestal en Aguas Claras.

 Incendio estructural en la Calle 74 con Carrera 15 (Controlado el mismo día).

 Incendio en contenedor de basuras del Barrio Las Ferias (Controlado el mismo día).

 Incendio estructural en la Calle 128 B con Carrera 60. (Controlado el mismo día). 7 de Febrero:

 No hay incendios reportados. 8 de Febrero:

 18:34 - Incendio por quema de pastos en la Calle 22C con Carrera 73 A Barrio Modelia (Controlado el mismo día).

 Incendio estructural en la Carrera 3 Este con Calle 9 (Controlado el mismo día).

 10:21 - Incendio forestal en la Calle 156 con Carrera 7 Cerro Norte (Controlado en el 80%).

Es de resaltar que el 2 de Febrero del año en curso, con ocasión de la ocurrencia de incendios forestales, en especial el de los predios del Batallón de Logística San Cristóbal Sur, en la Calle 11 Sur con Carrera 10 Este, se presentaron las mayores concentraciones de material particulado; razón por la cual la Secretaría Distrital de Ambiente decretó la alerta amarilla en la calidad del aire por el humo generado, basándose en la información reportada a las 12 pm por las estaciones de su red de monitoreo y el índice bogotano de calidad de aire (IBOCA). Según lo anterior, “los niveles de concentraciones estuvieron entre 35.5 a 55.4 mg/m3 de PM 2.5, siendo a esta hora, las estaciones con mayor concentración la de

(23)

23 Carvajal (51), Kennedy (45), Usaquén (43) y Suba (41)” (Secretaría Distrital de Ambiente, 2016).

4. CÁLCULOS AETHALOMETRO AE33

A continuación, se explica detalladamente los cálculos necesarios para determinar las variables de interés que dan cuenta de la dependencia espectral del aerosol. Se especifican los cálculos necesarios en la obtención de las concentraciones BC (LAC), que calcula el aethalometro y el porcentaje de quema de biomasa, así como las concentraciones de Brown Carbon y los Exponentes de Ångström, que son obtenidos utilizando las concentraciones BC medidas.

4.1.Determinación de la concentración BC por longitud de onda

El aethalometro AEE33, mide directamente las señales de intensidad de la luz, los flujos de masa, la presión y la temperatura ambiente. Mediante la medición de estos parámetros, el equipo calcula las concentraciones BC como se describe a continuación, según el manual del equipo escrito por el fabricante, Aerosol d.o.o. Magee Scientific Aethalometer® (2014).

 Primero, se calcula la atenuación de la luz en el filtro cargado con la muestra de aerosol, a partir de las señales de intensidad de la luz, en donde dicha intensidad, se refiere a la cantidad de potencia luminosa emitida por unidad de ángulo sólido:

𝐴𝑇𝑁 = −100 ∗ 𝑙𝑛 (𝐼

𝐼0

) (3)

En donde:

𝐴𝑇𝑁: 𝐴𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑙𝑢𝑧(−)

𝐼₀ ∶ 𝑆𝑒ñ𝑎𝑙 𝑙𝑢𝑚í𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑑𝑒𝑡𝑒𝑐𝑡𝑎𝑑𝑎 𝑑𝑒 𝑟𝑒𝑓𝑒𝑟𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 (𝐶𝑎𝑛𝑑𝑒𝑙𝑎𝑠)

𝐼: 𝑆𝑒ñ𝑎𝑙 𝑙𝑢𝑚í𝑛𝑖𝑐𝑎 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎 (𝐶𝑎𝑛𝑑𝑒𝑙𝑎𝑠)

El valor de 100 en la ecuación es utilizado por conveniencia (Drinovec et al., 2015a).  Posteriormente, a partir del flujo de masa y las mediciones de presión y temperatura,

se calcula el flujo volumétrico de salida, después de que pasa por el filtro. Para estimar el flujo de entrada, se utiliza un factor de fuga (𝜁), definido como el flujo de aire lateral en la matriz del filtro, bajo la cámara óptica:

𝐹_{𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎}= 𝐹_{𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎}∗ (1 − 𝜁) (4) En donde:

𝐹𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑐𝑎𝑙𝑐𝑢𝑙𝑎𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 (

𝑚3

(24)

24

𝐹𝑆𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎: 𝐹𝑙𝑢𝑗𝑜 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 𝑑𝑒 𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 (

𝑚3

min)

𝜁: 𝐹𝑎𝑐𝑡𝑜𝑟 𝑑𝑒 𝑓𝑢𝑔𝑎 (−)

El factor de fuga, se determina mediante la medición de los flujos de entrada y salida. Este valor varía entre 0.02 y 0.07 (Drinovec et al., 2015a).

 El coeficiente de atenuación, se refiere a la energía absorbida sobre la energía incidente, es el coeficiente de atenuación óptica medida para las partículas de aerosol capturadas en el filtro (Drinovec et al., 2015a). Se calcula con la siguiente división:

𝑏_𝑎𝑡𝑛= 𝑆 ∗ (

Δ𝐴𝑇𝑁 100 ) 𝐹𝐸𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎∗ Δ𝑡

(5) En donde:

𝑏𝑎𝑡𝑛: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 (1/𝑚)

𝑆: 𝑇𝑎𝑚𝑎ñ𝑜 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎 (𝑚2₎

Δ𝐴𝑇𝑁: 𝐶𝑎𝑚𝑏𝑖𝑜 𝑑𝑒 𝑎𝑡𝑒𝑛𝑢𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 (−)

Δ𝑡: 𝐼𝑛𝑡𝑒𝑟𝑣𝑎𝑙𝑜 𝑑𝑒 𝑡𝑖𝑒𝑚𝑝𝑜 𝑒𝑛𝑡𝑟𝑒 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑐𝑖𝑜𝑛𝑒𝑠 (𝑚𝑖𝑛)

 Teniendo en cuenta que, la medición se requiere en el aire y no en el filtro, el coeficiente de absorción se define como la absorción de las partículas del aerosol suspendidas en el aire (Drinovec et al., 2015a). Éste está dado por el cociente de la dispersión de la luz dentro del filtro, sobre el parámetro C, que depende del material del filtro:

𝑏_𝑎𝑏𝑠 = 𝑏𝑎𝑡𝑛

𝐶

(6) En donde:

𝑏𝑎𝑡𝑛: 𝐶𝑜𝑒𝑓𝑖𝑐𝑖𝑒𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑐𝑖ó𝑛 (1/𝑚)

𝐶: 𝑝𝑎𝑟á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑑𝑖𝑠𝑝𝑒𝑟𝑠𝑖ó𝑛 𝑚𝑢𝑙𝑡𝑖𝑝𝑙𝑒 (−)

Cabe resaltar que, el parámetro C, no tiene una dependencia espectral y su valor es determinado en laboratorio, de acuerdo con las propiedades de las partículas del filtro. Para un filtro de cuarzo 𝐶_{𝑐𝑢𝑎𝑟𝑧𝑜}= 2.14 y para uno de TFE- revestido de fibra de vidrio

𝐶_𝑇𝐹𝐸 = 1.57 (Drinovec et al., 2015a).

 La determinación del coeficiente de absorción del aerosol permite hallar la concentración de Black Carbon BC (concentración de LAC aerosol carbonáceo capaz de absorber la luz) en el la mancha, con la sección transversal de sección de masa (𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒)

𝐵𝐶 = 𝑏𝑎𝑏𝑠

𝜎_{𝑎𝑖𝑟𝑒}

(7)

(25)

25

𝐵𝐶: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐵𝑙𝑎𝑐𝑘 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 (𝑛𝑔/𝑚3)

La magnitud de 𝜎_{𝑎𝑖𝑟𝑒} varía dependiendo de la longitud de onda (λ). Para el aethalometro AE33, está dado por la expresión:

𝜎_{𝑎𝑖𝑟𝑒} = 6832

𝜆

(8)

Puesto que la sección transversal específica de atenuación, se define como la “sección transversal especifica de atenuación para el depósito de partículas de Black Carbon sobre el filtro, usando los componentes ópticos del instrumento” (Arnott, Hamasha, Moosmüller, Sheridan, & Ogren, 2010), su magnitud, depende del modelo de aethalometro utilizado, el estado de mezcla de las partículas y el material del filtro. En la siguiente tabla se muestran los valores de 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 indicados por el fabricante del AE33, dependiendo de λ:

Tabla 2. Sección transversal específica de atenuación por longitud de onda

Canal Longitud de onda (nm) 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 (𝑚2/𝑔)

1 370 18.47

2 470 14.54

3 520 13.14

4 590 11.58

5 660 10.35

6 880 7.77

7 950 7.19

Nota. Recuperado de (Drinovec et al., Supplement of The “dual-spot” Aethalometer: an improved measurement of aerosol black, 2015b, pág. 9)

4.2.Parámetro de corrección K

Como consecuencia del uso del filtro, en el cual se miden las señales de intensidad lumínica, se presenta el efecto de carga o sombra, mediante el cual la precisión de la medición disminuye a medida que se carga dicho filtro, entre mancha y mancha. Para corregir el efecto, el equipo utiliza el método patentado DualSpot™, por el cual se modifica el valor final de la concentración de Black Carbon, a través de las mediciones de los parámetros para el cálculo de BC, en las dos manchas al mismo tiempo, de acuerdo con la siguiente ecuación para cada mancha:

𝐵𝐶(𝑟𝑒𝑝𝑜𝑟𝑡𝑎𝑑𝑜) = 𝐵𝐶(sin 𝑒𝑓𝑒𝑐𝑡𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎) ∗ (1 − 𝑘 ∗ 𝐴𝑇𝑁) (9)

De esta forma, al hacerse las dos mediciones simultáneas, se obtienen las siguientes dos ecuaciones, de donde se puede despejar el parámetro de corrección o compensación y la concentración de Black Carbon, sin el efecto de carga:

(26)

26

𝐵𝐶2 = 𝐵𝐶 ∗ (1 − 𝑘 ∗ 𝐴𝑇𝑁2) (11)

En la cual:

𝐵𝐶1: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐵𝑙𝑎𝑐𝑘 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎 1

𝐵𝐶2: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝐵𝑙𝑎𝑐𝑘 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 𝑚𝑒𝑑𝑖𝑑𝑎 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑛𝑐ℎ𝑎 2

𝑘: 𝑃𝑎𝑟á𝑚𝑒𝑡𝑟𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑜𝑚𝑝𝑒𝑛𝑠𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑔𝑎

Finalmente, se hace la corrección por efecto de carga del filtro, según el parámetro k de compensación, para obtener la concentración final de Black Carbon:

𝐵𝐶 = 𝐵𝐶𝑀𝑒𝑑𝑖𝑑𝑜 (1 − 𝑘 ∗ 𝐴𝑇𝑁)

(12)

Finalmente se obtiene la ecuación (13) para determinar la concentración de Black Carbon:

𝐵𝐶 (𝜆) = 𝑆 ∗ (

Δ𝐴𝑇𝑁 100 )

𝐹1∗ (1 − 𝜁) ∗ 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒∗ 𝐶 ∗ (1 − 𝑘 ∗ 𝐴𝑇𝑁1) ∗ Δ𝑡

(13)

𝐵𝐶: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐵𝑙𝑎𝑐𝑘 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 (𝜂𝑔

𝑚3) , 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎 𝜆

4.3.Determinación Exponente de Ångström (α)

El exponente de Ångström sirve para determinar la dependencia de la longitud de onda y la extinción de la luz visible (Lack, 2013) Así mismo, α se relaciona con el tamaño de las partículas en los aerosoles. El cálculo de α se hace mediante la siguiente ecuación, obtenida con la ley de Beer Lambert, teniendo en cuenta que 𝜆₂ > 𝜆₁.

(𝜆1

𝜆2

)

−𝛼

= 𝑏𝑎𝑏𝑠 1 𝑏𝑎𝑏𝑠 2

(14) Simplificando se tiene:

𝛼 =

𝑙𝑛 (𝑏_𝑏𝑎𝑏𝑠 1

𝑎𝑏𝑠 2)

𝑙𝑛 (𝜆_𝜆2

1)

(15)

En donde 𝑏𝑎𝑏𝑠 1 y 𝑏𝑎𝑏𝑠 2 son los coeficiente de absorción en los canales relacionado con 𝜆1 y 𝜆2 respectivamente.

Como se puede observar, el cálculo del Exponente de Ångström requiere el conocimiento del coeficiente de absorción en cada longitud de onda. Para incluir la corrección del efecto de carga que realiza el equipo, se calcula α, partiendo de las concentraciones de Black Carbon medidas y corregidas, y la sección transversal específica de atenuación por longitud de onda:

(27)

27

𝛼 =

𝑙𝑛 (𝐵𝐶_𝐵𝐶1∗ 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 1

2∗ 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 2)

1)

(16)

Utilizando la relación entre la sección transversal específica de atenuación y las longitudes de onda respectivas, la ecuación final para calcular α es:

𝛼 =

𝑙𝑛 (𝐵𝐶_𝐵𝐶1

2) ∗ 𝑙𝑛 (

𝜆₂

𝜆₁)

1)

(17)

4.4.Determinación Porcentaje de quema de biomasa (Biomass Burning %)

La concentración de Brown Carbon en el aerosol puede ser deducida partiendo del porcentaje de quema de biomasa, valor calculado con el modelo de Sandradewi et al. (2008), el cual “considera el coeficiente de absorción óptica de los aerosoles como la suma de las fracciones de quema de biomasa (Wood burning) y de combustibles fósiles (traffic) y se aprovecha de la diferencia en la dependencia de longitud de onda de absorción” (Drinovec et al., 2015a).

Es así como para cualquier longitud de onda λ, se tiene:

𝑏_𝑎𝑏𝑠(𝜆) = 𝑏𝑎𝑏𝑠(𝜆) 𝑡𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜+ 𝑏𝑎𝑏𝑠(𝜆) 𝑞𝑢𝑒𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎 𝑤𝑏 (18)

De donde se obtienen las siguientes dos ecuaciones para un 𝜆1 en el rango UV y un 𝜆2 en el infrarrojo:

𝑏𝑎𝑏𝑠 1 = 𝑏 𝑎𝑏𝑠 1 𝑡𝑟𝑎𝑓 + 𝑏𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏 (19)

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2}= 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑡𝑟𝑎𝑓}+ 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑤𝑏} (20)

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1} y 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2} corresponden a los coeficientes de absorción, medidos el canal cuyos λs están en el rango UV e infrarrojo IR, respectivamente. El rango UV, generalmente comprende longitudes de onda menores a los 400 nm y el rango infrarrojo los λs mayores a los 700 nm. De esta forma los canales de interés del aethalometro, en el registro de señales lumínicas y concentraciones del aerosol carbonáceo, son los canales 1 y 2 para el rango UV y 6 y 7 para el infrarrojo.

4.4.1. Determinación Porcentaje de quema de biomasa utilizado por el AE33

El Aethalometro AE33 utiliza el modelo de Sandradewi para calcular la fracción de quema de biomasa, en la concentración del aerosol obtenida en el rango infrarrojo, es decir, calcula el porcentaje de Brown Carbon en el canal 7 (950 nm), donde generalmente, domina la contribución por Black Carbon. Para esto, calcula la fracción de quema de biomasa de la siguiente forma:

(28)

28

𝐵𝐵% =𝑏𝑎𝑏𝑠 2 𝑤𝑏

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2}

(21)

En donde el denominador 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2}, corresponde al coeficiente de absorción que se mide en el canal de luz infrarroja.

Utilizando la ecuación (14) de la sección de determinación del exponente de Ångström, se tienen las siguientes dos ecuaciones:

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑡𝑟𝑎𝑓} = 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑡𝑟𝑎𝑓}(𝜆1

𝜆2

)

−𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓 ₍₂₂₎

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑤𝑏} = 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏}(𝜆1

𝜆2

)

𝛼𝑤𝑏 ₍₂₃₎

Para estimar la fracción de la luz absorbida por las partículas de Brown Carbon, el equipo emplea las ecuaciones (19), (20), (22) y (23) del modelo, utilizando el canal 2 (470 nm) como rango UV. De esta manera, la ecuación (21), se resuelve en términos de los coeficientes de absorción medidos en los dos canales de interés:

𝐵𝐵% =

𝑏𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏(𝜆_𝜆1 2)

𝛼𝑤𝑏

𝑏𝑎𝑏𝑠 2

(24)

Ahora, se resuelve 𝑏𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏 en términos de los coeficientes de absorción medidos en los dos canales:

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏} = 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1}− 𝑏 _{𝑎𝑏𝑠 1 𝑡𝑟𝑎𝑓} (25)

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏} = 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1}− 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑡𝑟𝑎𝑓}(𝜆1

𝜆₂)

−𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓

(26)

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏} = 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1}− ((𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2}− 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑤𝑏}) ∗ (𝜆1

𝜆2

)

) (27)

Y se reemplaza en la ecuación (24):

𝐵𝐵% =𝜆1

𝜆₂

−𝛼𝑤𝑏 (

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1}− (𝜆_𝜆1

2 −𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓

(𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2}− 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑤𝑏}) )

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2} )

Que se puede expresar como:

(28)

𝐵𝐵% = (𝜆1

𝜆2

−𝛼𝑤𝑏_𝑏

𝑎𝑏𝑠 1

𝑏𝑎𝑏𝑠 2

) − (𝜆1

𝜆2

(29)

29 Simplificando en términos de las concentraciones medidas en ambos canales se encuentra la ecuación (30) para hallar la fracción de Brown Carbon medido en el canal 7, como consecuencia de la quema de biomasa.

𝐵𝐵% = (𝜆1

𝜆₂

−𝛼𝑤𝑏−1

∗𝐵𝐶1

𝐵𝐶₂) − ((

𝜆1

𝜆₂

−𝛼𝑤𝑏−𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓

) ∗ (1 − 𝐵𝐵%)) (30)

4.4.2. Determinación Porcentaje de quema de biomasa método alterno

De manera similar al método utilizado por el AE33 y “dado que las contribuciones de combustible fósil y de biomasa en la absorción del aerosol, cuentan con valores específicos de exponente de Ångström” (Drinovec et al., 2015a), el modelo de Sandradewi et al.(2008), puede construirse, a partir de las dos fuente específicas de material carbonáceo atrapado en el filtro del aethalometro, ya que la contribución de cada fuente en el aerosol (PM1), se puede aproximar por la regresión lineal de las absorciones:

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛á𝑐𝑒𝑜 (𝑃𝑀1) = 𝑃𝑀_{𝑡𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜} + 𝑃𝑀_{𝑞𝑢𝑒𝑚𝑎 𝑑𝑒 𝑏𝑖𝑜𝑚𝑎𝑠𝑎} (31)

𝑀𝑎𝑡𝑒𝑟𝑖𝑎𝑙 𝑐𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛á𝑐𝑒𝑜 (𝑃𝑀1) = 𝐶1∗ 𝑏𝑎𝑏𝑠 2 𝑡𝑟𝑎𝑓+ 𝐶2 ∗ 𝑏𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏 (32)

En donde, se asume una sección transversal específica de atenuación. (Sandradewi et al. 2008). Y las constantes 𝐶1 y 𝐶2 relacionan la absorción de la luz, con la concentración por fuente.

El porcentaje de quema de biomasa, como su nombre indica es la fracción en el aerosol por quema de biomasa y se calcula según la ecuación (33):

𝐵𝐵% = 𝑃𝑀𝑤𝑏

𝑃𝑀_{𝑡𝑟𝑎𝑓}+ 𝑃𝑀_𝑤𝑏 (33)

En términos del modelo de dos fuentes de Sandradewi et al. (2008), se tiene la siguiente expresión:

𝐵𝐵% = 𝐶2𝑏𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏

𝐶₁𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑡𝑟𝑎𝑓}+ 𝐶₂𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏}

(34)

El inverso de la ecuación (34), proporciona una expresión más sencilla para calcular el BB%

1

𝐵𝐵%= (

𝐶1

𝐶₂) (

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2𝑡𝑟𝑎𝑓} 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏}) + 1

(35)

Según el modelo de Sandradewi et al.(2008), para la campaña de medición en Roveredo, Suiza, en la cual se utilizó un aethalometro de 7 longitudes de onda y otros instrumentos

(30)

30 de medición de calidad del aire, el valor de 𝛼_{𝑡𝑟𝑎𝑓} fue 1.1. Los demás valores de interés se muestran a continuación:

Tabla 3. Valores de c1 and c2

𝛼_𝑤𝑏 (470 nm, 950

nm)

1.6 1.7 1.8 1.9 2 2.1

𝐶1

(μg/m³) 258831

𝐶₂

(μg/m³) 486861 546005 601132 652516 700411 745054

Nota. Recuperado de (Sandradewi et al., 2008, pág. 3319)

A través de un análisis de sensibilidad Sandradewi et al. variaron los valores de 𝛼_𝑤𝑏, e hicieron una regresión lineal de los diagramas de dispersión de las concentraciones

𝑃𝑀_𝑤𝑏/𝑃𝑀_{𝑡𝑟á𝑓𝑖𝑐𝑜}del modelo del aethalometro vs los valores de masa total de carbono

TCM_nonfossil /TCM_fossil, obtenidos en un análisis de 14C para cada intervalo de medición y determinaron que 𝛼_𝑤𝑏 (470 nm, 950 nm) fue 1.86.

Retomando la ecuación (35), se reemplazan las ecuaciones (22) y (23) en las ecuaciones

(19) y (20) se obtiene:

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1} = 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑡𝑟𝑎𝑓}(𝜆1

𝜆₂)

+ 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏} (36)

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2} = 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑡𝑟𝑎𝑓}+ 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏}(𝜆1

𝜆₂)

𝛼𝑤𝑏

(37) Luego, se procede a despejar 𝑏𝑎𝑏𝑠 2 𝑡𝑟𝑎𝑓 en términos de 𝑏𝑎𝑏𝑠 1 y 𝑏𝑎𝑏𝑠 2:

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2 𝑡𝑟𝑎𝑓} =

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2}− 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1}(𝜆_𝜆1

2) 𝛼𝑤𝑏

1 − (𝜆_𝜆1

2)

𝛼𝑤𝑏−𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓

(38)

Se realiza un despeje similar para 𝑏𝑎𝑏𝑠 1𝑤𝑏 :

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1𝑤𝑏} =

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1}− 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2}(𝜆_𝜆1

2) −𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓

1 − (𝜆_𝜆1

2)

𝛼𝑤𝑏−𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓

(39)

A partir de las ecuaciones (38) y (39), se obtiene la razón entre 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2𝑡𝑟𝑎𝑓} y 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏} para resolver la ecuación (35):

𝑏𝑎𝑏𝑠 2𝑡𝑟𝑎𝑓

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1 𝑤𝑏} = ( 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 2} 𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1})

1 −𝑏_𝑏𝑎𝑏𝑠 1

𝑎𝑏𝑠 2(

𝜆₁

𝜆₂)

𝛼𝑤𝑏

𝑎𝑏𝑠 1(

𝜆1

𝜆₂)

(31)

31 Reemplazando la ecuación (40) en la (35), se obtiene, una expresión para determinar el porcentaje de quema de biomasa, utilizando como parámetros los coeficientes de absorción registrados en la longitud de onda UV e infrarroja y los valores de 𝛼_𝑤𝑏, 𝛼_{𝑡𝑟𝑎𝑓}, 𝐶₁ y 𝐶₂que indica el modelo

1

𝐵𝐵%= (

𝐶1

𝐶₂∗

𝑏𝑎𝑏𝑠 2

𝑏_{𝑎𝑏𝑠 1}∗

𝑎𝑏𝑠 2(

𝜆1

𝜆₂)

𝛼𝑤𝑏

𝑎𝑏𝑠 1(

𝜆₁

𝜆2)

−𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓) + 1

(41)

En términos de las concentraciones BC que registra el equipo y las secciones transversales específicas de atenuación por longitud de onda, se obtiene la ecuación (42):

1

𝐵𝐵%= (

𝐶₁

𝐶2

)𝐵𝐶2∗ 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 2 𝐵𝐶1∗ 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 1

1 −𝐵𝐶_𝐵𝐶1∗ 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 1

2∗ 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 2(

𝜆₁

𝜆₂)

𝛼𝑤𝑏

1 −𝐵𝐶_𝐵𝐶2∗ 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 2

1∗ 𝜎𝑎𝑖𝑟𝑒 1(

𝜆₁

𝜆₂)

−𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓 + 1

(42)

Finalmente, esta se puede simplificar, obteniéndose la siguiente expresión para la fracción por quema de biomasa en el aerosol carbonáceo:

1

𝐵𝐵%=

(

𝐶1

𝐶₂∗

𝐵𝐶2

𝐵𝐶₁∗

𝜆1

𝜆₂∗

1 −𝐵𝐶_𝐵𝐶1

2(

𝜆1

𝜆₂)

𝛼𝑤𝑏−1

1 −𝐵𝐶_𝐵𝐶2

1(

𝜆1

𝜆₂)

1−𝛼𝑡𝑟𝑎𝑓 )

+ 1 (43)

4.5.Determinación Concentración de Brown Carbon

Como se ha explicado, el Brown Carbon es la fracción dentro de la concentración de aerosol, que proviene de la quema de biomasa. Para un λ dado, la concentración BC reportada por el aethalometro, se refiere a la concentración total del aerosol (LAC), mientras que la fracción por quema de biomasa (dentro del rango UV), corresponde a la concentración de Brown Carbon.

Partiendo del porcentaje de quema de biomasa %BB, que registra el equipo, se halla la concentración de Brown Carbon como sigue:

𝐵𝑟𝐶(𝜆) = 𝐵𝐵% ∗ 𝐵𝐶(𝜆) (44)

𝐵𝑟𝐶: 𝐶𝑜𝑛𝑐𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛 𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙 𝑑𝑒 𝐵𝑟𝑜𝑤𝑛 𝐶𝑎𝑟𝑏𝑜𝑛 (𝑛𝑔

𝑚3) , 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑙𝑜𝑛𝑔𝑖𝑡𝑢𝑑 𝑑𝑒 𝑜𝑛𝑑𝑎 𝜆

En concordancia con el anterior cálculo, la concentración de Black Carbon como consecuencia de la combustión de combustibles fósiles es: