Estudio Comparativo de las Características Físicas de las Partículas PM10 en la Atmósfera de Tres Ciudades Mexicanas Edición Única

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(1)INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY CAMPUS MONTERREY. DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA. ESTUDIO COMPARATIVO DE LAS CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LAS PARTÍCULAS PM10 EN LA ATMÓSFERA DE TRES CIUDADES MEXICANAS.. TESIS PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO ACADÉMICO DE: MAESTRO EN CIENCIAS EN SISTEMAS AMBIENTALES CON ESPECIALIDAD EN INGENIERÍA AMBIENTAL. POR: MÁXIMO JOSÉ SIERRA PERALTA. MONTERREY, N.L.. MAYO 2007.

(2) Dedicatoria. DEDICATORIA. A mis padres Percy Julio y Juana Mercedes, por ser ejemplos de padres y darme la oportunidad de tener los mejores estudios académicos que todo hijo pueda desear. Este trabajo va dedicado especialmente para Uds. Los amo.. A mis hermanos Percy Ricardo y Fernando, por sus deseos de superación profesional en el día a día y querer ser mejores hombres del mañana. Sigan hacia adelante.. Al Dr. Gerardo Manuel Mejía Velázquez y a su familia, por ser mi luz que me guió en estos dos años y medio de mi estadía en Monterrey. Se lo dedico con mucho amor y aprecio hacia Uds.. i.

(3) Agradecimientos. AGRADECIMIENTOS. Agradezco a Dios, por darme la vida y protegerme siempre, y a la Virgen de Guadalupe, por haber escuchado mis oraciones en mi deseo de venir a estudiar la Maestría en Sistemas Ambientales aquí al ITESM, Campus Monterrey, en México.. A mis padres y hermanos por brindarme su apoyo moral y confianza en poder seguir hacia delante. Nunca me sentí lejos de Uds., los quiero a todos.. A mis tíos, primos y abuelito, por sus sinceras preocupaciones hacia mi persona, ya que siempre has estado pendientes por mi salud y mis avances profesionales a pesar de la distancia. Muchas gracias a todos ellos.. Al Dr. Gerardo M. Mejía Velázquez, por brindarme su apoyo moral, económico y profesional durante mis estudios de Maestría en el ITESM, haciéndome participe de muchos de los proyectos de modelación ambiental que él tiene a su cargo. Muchas gracias por sus sabias e invalorables enseñanzas, dentro y fuera de la escuela.. A mis sinodales del comité de tesis: Dr. Christian Geraud Garrigoux Michel y Dra. Ruth Elizabeth Reyna Caamaño, por sus importantes orientaciones durante el desarrollo de este trabajo. Gracias por sus críticas y consejos.. Al personal del Centro de Calidad Ambiental, por brindarme su ayuda, en especial a la M.C.Emma Cortes y al Dr. Jorge García (Director de la MSA), quienes me brindaron su orientación necesaria para poder ser aceptado en el ITESM y en la Maestría en Sistemas Ambientales. Muchas gracias.. ii.

(4) Agradecimientos. A mis compañeros del Laboratorio de Modelación Ambiental, con quienes he compartido muchas experiencias. Gracias por haberme abierto las puertas de su amistad.. A mis compañeros de la maestría, con los cuales no sólo he aprendido temas referido a lo académico, sino también en la cultura de vivir en otra sociedad. Gracias por sus recomendaciones en bien de mi persona.. A la Dra. Rebeca Romero, y a sus asistentes Alejandra Sequeiros y Diego Rodríguez, todos ellos del departamento de estadística del ITESM, quienes me brindaron su tiempo y su colaboración para un mejor manejo de datos estadísticos. Gracias por su paciencia.. iii.

(5) Resumen. RESUMEN. En las grandes ciudades del mundo la contaminación del aire es una constante que representa un gran problema a resolver. De todos los contaminantes frecuentemente encontrados en la atmósfera, las partículas suspendidas representan uno de los objetos de estudio que más atraen nuestra atención por la complejidad y variedad de las mismas, especialmente aquéllas denominadas PM10 (partículas menores a 10 micras). De éstas, resulta importante el estudio de aquéllas cuyo diámetro es igual o menor a 2.5 micras (PM2.5) debido a que por su pequeño tamaño pueden afectar la salud humana.. En el presente trabajo se realizará en una primera parte, un estudio comparativo de las partículas suspendidas en el ambiente, menores a 10 micras, en tres ciudades mexicanas (México, Monterrey y Ciudad Juárez), analizando sus variaciones de concentraciones históricas y luego, con los datos registrados por nosotros, analizar por rangos de tamaño de partículas, las variaciones que éstas puedan tener durante las 24 horas del día. Posteriormente, en una segunda parte, se realizara un análisis de HAPs presentes en el monitoreo para la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM), y determinar cuales son los compuestos químicos que están presentes en el ambiente y de qué fuente provienen.. Para poder realizar este estudio, se hizo uso de los equipos electrónicos del laboratorio de Modelación Ambiental siguiendo una metodología para ello, comparando las muestras por lugar y rangos de tamaño, así como por niveles de concentración en cada una de las tres ciudades mexicanas, los cuales nos llevaron a obtener las conclusiones y recomendaciones presentadas en el Capítulo 6.. iv.

(6) Contenido. CONTENIDO. Capítulo 1. Introducción. 1.1. Antecedentes. ---------------------------------------------------------------------------------------------. 1. 1.2. Objetivos. ---------------------------------------------------------------------------------------------------. 5. 1.3. Justificación. -----------------------------------------------------------------------------------------------. 6. Capítulo 2. Panorama actual de la contaminación del aire en las ciudades mexicanas. 2.1. Normas de calidad del aire. ----------------------------------------------------------------------------. 7. 2.2. Contaminación del aire en la ciudad de México. ------------------------------------------------ 12 El proyecto MILAGRO. --------------------------------------------------------------------------------- 15 2.3. Contaminación del aire en el AMM. ----------------------------------------------------------------- 20 2.4. Contaminación del aire en Ciudad Juárez.-------------------------------------------------------- 24 2.5. Importancia del estudio de la contaminación del aire por partículas. ---------------------- 29 2.5.1. Comparación de la calidad del aire en tres ciudades mexicanas. ------------------ 29 2.5.2. Material particulado en ciudades mexicanas. -------------------------------------------- 35 2.5.3. Impactos de los contaminantes en la salud.---------------------------------------------- 37. Capítulo 3. Metodología para el estudio de la contaminación por partículas PM2.5 y PM10 en las ciudades mexicanas. 3.1. Metodología. ---------------------------------------------------------------------------------------------- 42 3.2. Descripción técnica de los equipos utilizados para el estudio.------------------------------- 45 3.2.1. Thermo Data RAM 4. --------------------------------------------------------------------------- 45 3.2.2. Climet CI-500 Innovation. --------------------------------------------------------------------- 46 3.2.3. R&P Partisol Plus.------------------------------------------------------------------------------- 47. v.

(7) Contenido. 3.3. Métodos de estadística descriptiva.----------------------------------------------------------------- 49 3.4. Recolección de datos e instalación de los equipos. -------------------------------------------- 53 3.4.1. En la Zona Metropolitana del Valle de México. ------------------------------------------ 53 3.4.2. En la Área Metropolitana de Monterrey.--------------------------------------------------- 54 3.4.3. En Ciudad Juárez. ------------------------------------------------------------------------------ 55. Capítulo 4. Análisis estadístico para los datos monitoreados en las tres ciudades. 4.1. Análisis de datos para la ZMVM. -------------------------------------------------------------------- 57 4.1.1. Rango de 0.3 - 0.5 μm en la ZMVM. ------------------------------------------------------- 60 4.1.2. Rango de 0.5 a 1.0 μm en la ZMVM.------------------------------------------------------- 62 4.1.3. Rango de 1.0 a 2.5 μm en la ZMVM.------------------------------------------------------- 63 4.1.4. Rango de 2.5 a 5.0 μm en la ZMVM.------------------------------------------------------- 65 4.1.5. Rango de 5.0 a 10.0 μm en la ZMVM. ----------------------------------------------------- 67 4.2. Análisis de datos para el AMM. ---------------------------------------------------------------------- 69 4.2.1. Rango de 0.3 - 0.5 μm en el AMM. --------------------------------------------------------- 73 4.2.2. Rango de 0.5 a 1.0 μm en el AMM.--------------------------------------------------------- 75 4.2.3. Rango de 1.0 a 2.5 μm en el AMM.--------------------------------------------------------- 77 4.2.4. Rango de 2.5 a 5.0 μm en el AMM.--------------------------------------------------------- 78 4.2.5. Rango de 5.0 a 10.0 μm en el AMM. ------------------------------------------------------- 80 4.3. Análisis de datos para la Ciudad Juárez.---------------------------------------------------------- 82 4.3.1. Rango de 0.3 a 0.5 μm en Ciudad Juárez. ----------------------------------------------- 86 4.3.2. Rango de 0.5 a 1.0 μm en Ciudad Juárez. ----------------------------------------------- 87 4.3.3. Rango de 1.0 a 2.5 μm en Ciudad Juárez. ----------------------------------------------- 89 4.3.4. Rango de 2.5 a 5.0 μm en Ciudad Juárez. ----------------------------------------------- 91 4.3.5. Rango de 5.0 a 10.0 μm en Ciudad Juárez.---------------------------------------------- 92 4.4. Análisis comparativo de Concentración vs. Volumen, para las tres ciudades mexicanas en estudio.---------------------------------------------------------------------------------- 94 4.4.1 En la Zona Metropolitana del Valle de México.------------------------------------------- 95 4.4.2 En el Área Metropolitana de Monterrey.---------------------------------------------------- 98. vi.

(8) Contenido. 4.4.3 En Ciudad Juárez. ------------------------------------------------------------------------------- 100 4.4.4 Concentración vs. Volumen para las tres ciudades. ------------------------------------ 102. Capítulo 5. Estudio de Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) mediante el Análisis de Compuestos Principales (ACPs). 5.1. Breve explicación del Análisis Factorial.----------------------------------------------------------- 106 5.2. Los HAPs. ------------------------------------------------------------------------------------------------- 107 5.3. Importancia del estudio de los HAPs. -------------------------------------------------------------- 107 5.4. Análisis de HAPs por componentes principales. ------------------------------------------------ 110 5.5. Análisis de posibles fuentes de generación de HAPs. ----------------------------------------- 120. Capítulo 6. Conclusiones y Recomendaciones. 6.1. Conclusiones---------------------------------------------------------------------------------------------- 124 6.2. Recomendaciones--------------------------------------------------------------------------------------- 126 Referencias ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 127. Apéndices. Apéndice A ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 135 Apéndice B ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 140 Apéndice C ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 146 Apéndice D ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 162 Apéndice E ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 179 Apéndice F ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 183 Vitae. ------------------------------------------------------------------------------------------------------ 195. vii.

(9) Índice de Figuras. ÍNDICE DE FIGURAS. Figura 2.1. Variación de la concentración promedio de partículas PM10 en los meses del año para la ciudad de México.--------------------------------------------------------- 13 Figura 2.2. Promedio anual de concentración de partículas PM10 en la ciudad de México. ------------------------------------------------------------------------------------------- 14 Figura 2.3. Cobertura geográfica del proyecto MILAGRO.----------------------------------------- 16 Figura 2.4. Localización de los sitios de monitoreo atmosférico para el proyecto MILAGRO. --------------------------------------------------------------------------------------- 18 Figura 2.5. Distribución de la red automática de monitoreo atmosférico del AMM.---------- 21 Figura 2.6. Variación de la concentración promedio de partículas PM10 para los 12 meses del año, en el AMM. ----------------------------------------------------------------- 23 Figura 2.7. Promedio anual de concentración de partículas PM10 en el AMM. --------------- 23 Figura 2.8. Ubicación de las estaciones de monitoreo en Ciudad Juárez. --------------------- 25 Figura 2.9. Concentración anual de partículas PM10 por estaciones de monitoreo en Ciudad de Juárez. ----------------------------------------------------------------------------- 26 Figura 2.10. Variación de la concentración promedio mensual de PM10 en Ciudad Juárez. -------------------------------------------------------------------------------------------- 26 Figura 2.11. Promedio anual de concentración de partículas PM10 en Ciudad Juárez. ------ 27 Figura 2.12. Promedio anual de concentración de partículas PM10 para las tres ciudades. ----------------------------------------------------------------------------------------- 28 Figura 2.13. Concentración de PM10 según el percentil 98 de los promedios de 24 horas para las ciudades de México (ZMVM), Monterrey (ZMM) y Ciudad Juárez.---- 33 Figura 2.14. Concentración promedio anual de PM10 para las Ciudades de México (ZMVM), Monterrey (ZMM) y Ciudad Juárez.------------------------------------------- 34 Figura 2.15. Penetración del material particulado en nuestro sistema respiratorio. ----------- 39 Figura 3.1. Esquema general de la metodología seguida para el estudio.--------------------- 44. viii.

(10) Índice de Figuras. Figura 3.2. Equipo Data RAM 4.: Modelo DR 4000 -------------------------------------------------- 45 Figura 3.3. Equipo Climet CI-500 Innovation.---------------------------------------------------------- 46 Figura 3.4. Pantalla de datos del Climet. --------------------------------------------------------------- 47 Figura 3.5. Equipo R&P Partisol Plus. ------------------------------------------------------------------- 48 Figura 3.6. Filtro de teflón. ---------------------------------------------------------------------------------- 49 Figura 3.7. Diagrama de Caja y Bigotes. --------------------------------------------------------------- 50 Figura 4.1. Distribución del número de partículas según tamaño de los datos recolectados en el municipio de Naucalpan, ZMVM. --------------------------------- 57 Figura 4.2. Gráfica del número promedio de partículas en escala logarítmica según sus rangos de tamaño, para los datos recolectados en el municipio de Naucalpan, ZMVM. ---------------------------------------------------------------------------- 58 Figura 4.3. Distribución diurna del número de partículas para el rango de 0.3 - 0.5 micras, en Naucalpan, ZMVM. ------------------------------------------------------------- 60 Figura 4.4. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango 0.3 - 0.5 micras en Naucalpan, ZMVM. -------------------------------------------------- 61 Figura 4.5. Distribución diurna del número de partículas para el rango de 0.5 - 1.0 micras en Naucalpan, ZMVM. -------------------------------------------------------------- 62 Figura 4.6. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango 0.5 - 1.0 micras, en Naucalpan, ZMVM. ------------------------------------------------- 63 Figura 4.7. Distribución diurna del número de partículas para el rango 1.0 - 2.5 micras en Naucalpan, ZMVM. ------------------------------------------------------------------------ 64 Figura 4.8. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango 1.0 - 2.5 micras en Naucalpan, ZMVM. -------------------------------------------------- 65 Figura 4.9. Distribución diurna del número de partículas para el rango de 2.5 - 5.0 micras en Naucalpan, ZMVM. -------------------------------------------------------------- 66 Figura 4.10. Variación del intervalo de confianza y de la media, en el día para el rango de 2.5 - 5.0 micras en Naucalpan, ZMVM. ---------------------------------------------- 67. ix.

(11) Índice de Figuras. Figura 4.11. Distribución diurna del número de partículas para el rango de 5 - 10 micras, en Naucalpan, ZMVM. ------------------------------------------------------------- 68 Figura 4.12. Variación del intervalo de confianza y de la media, para el rango de 5 - 10 micras, en Naucalpan, ZMVM. ------------------------------------------------------------- 69 Figura 4.13. Distribución por tamaño de partículas de los datos recolectados en la Prepa TEC, Campus Santa Catarina, AMM.-------------------------------------------- 70 Figura 4.14. Gráfica del número promedio de partículas en escala logarítmica según sus rangos de tamaño, para los datos recolectados en el AMM. ----------------------- 71 Figura 4.15. Distribución diurna del número de partículas para el rango de 0.3 – 0.5 micras en Santa Catarina, AMM. ---------------------------------------------------------- 73 Figura 4.16. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango 0.3 - 0.5 micras, en Santa Catarina, AMM.---------------------------------------------- 74 Figura 4.17. Distribución diurna del número de partículas para el rango de 0.5 - 1.0 micras, en Santa Catarina, AMM. --------------------------------------------------------- 75 Figura 4.18. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango 0.5 - 1.0 micras, en Santa Catarina, AMM.---------------------------------------------- 76 Figura 4.19. Distribución diurna del número de partículas para el rango de 1.0 - 2.5 micras, en Santa Catarina, AMM. --------------------------------------------------------- 77 Figura 4.20. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango de 1.0 - 2.5 micras, en Santa Catarina, AMM. ----------------------------------------- 78 Figura 4.21. Distribución diurna del número de partículas para el rango de 2.5 - 5.0 micras en Santa Catarina, AMM. ---------------------------------------------------------- 79 Figura 4.22. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día para el rango de 2.5 - 5.0 micras en Santa Catarina, AMM. ------------------------------------------ 80 Figura 4.23. Distribución diurna del número de partículas para el rango de 5 - 10 micras en Santa Catarina, AMM. -------------------------------------------------------------------- 81 Figura 4.24. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día para el rango de 5 - 10 micras en Santa Catarina, AMM.---------------------------------------------- 82. x.

(12) Índice de Figuras. Figura 4.25. Distribución por tamaño de partículas de los datos recolectados en el ITESM, Campus Ciudad Juárez, Chihuahua. ------------------------------------------ 83 Figura 4.26. Gráfica del número promedio de partículas en escala logarítmica según sus rangos de tamaño, para los datos recolectados en Ciudad Juárez. -------------- 84 Figura 4.27. Distribución del número de partículas para el rango de 0.3 - 0.5 micras, en Ciudad Juárez. --------------------------------------------------------------------------------- 86 Figura 4.28. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango de 0.3 - 0.5 micras, en Ciudad Juárez.--------------------------------------------------- 87 Figura 4.29. Distribución del número de partículas para el rango de 0.5 - 1.0 micras, en Ciudad Juárez. --------------------------------------------------------------------------------- 88 Figura 4.30. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango de 0.5 - 1.0 micras, en Ciudad Juárez.--------------------------------------------------- 88 Figura 4.31. Distribución del número de partículas para el rango de 1.0 - 2.5 micras, en Ciudad Juárez. --------------------------------------------------------------------------------- 89 Figura 4.32. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango de 1.0 - 2.5 micras, en Ciudad Juárez.--------------------------------------------------- 90 Figura 4.33. Distribución del número de partículas para el rango de 2.5 - 5.0 micras, en Ciudad Juárez. --------------------------------------------------------------------------------- 91 Figura 4.34. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango de 2.5 - 5.0 micras, en Ciudad Juárez.--------------------------------------------------- 92 Figura 4.35. Distribución del número de partículas para el rango de 5 - 10 micras, en Ciudad Juárez. --------------------------------------------------------------------------------- 93 Figura 4.36. Variación del intervalo de confianza y de la media en el día, para el rango de 5 - 10 micras, en Ciudad Juárez. ------------------------------------------------------ 93 Figura 4.37. Fracción del número de partículas por rangos de tamaño para el monitoreo en la ZMVM.------------------------------------------------------------------------------------- 96 Figura 4.38. Fracción del volumen de partículas por rangos de tamaño para el monitoreo en la ZMVM. ---------------------------------------------------------------------- 97. xi.

(13) Índice de Figuras. Figura 4.39. Fracción del número de partículas por rangos de tamaño para el monitoreo en el AMM.--------------------------------------------------------------------------------------- 98 Figura 4.40. Fracción del volumen de partículas por rangos de tamaño para el monitoreo en el AMM. ------------------------------------------------------------------------ 99 Figura 4.41. Fracción del número de partículas por rangos de tamaño para el monitoreo en Ciudad Juárez. ----------------------------------------------------------------------------- 100 Figura 4.42. Fracción del volumen de partículas por rangos de tamaño para el monitoreo en Ciudad Juárez. --------------------------------------------------------------- 101 Figura 4.43. Concentración Promedio de PM2.5 vs. Volumen de PM2.5 acumulada para la localidad de Naucalpan, ZMVM. ----------------------------------------------------------- 102 Figura 4.44. Concentración Promedio de PM2.5 vs. Volumen de PM2.5 acumulada para la localidad de Santa Catarina, AMM. ------------------------------------------------------- 103 Figura 4.45. Concentración Promedio de PM2.5 vs. Volumen de PM2.5 acumulada en el ITESM, Campus Ciudad Juárez, Chihuahua. ------------------------------------------ 104 Figura 5.1. Gráfico de Sedimentación ------------------------------------------------------------------- 113 Figura 5.2. Ubicación de los HAPs según factor 1 y factor 2. ------------------------------------- 119. xii.

(14) Índice de Tablas. ÍNDICE DE TABLAS. Tabla 2.1.. Interpretación de los valores de IMECAS.------------------------------------------------ 10. Tabla 2.2.. Puntos de quiebre del IMECA. -------------------------------------------------------------- 10. Tabla 2.3.. Valores normados para los contaminantes.---------------------------------------------- 11. Tabla 2.4.. Estaciones de la red automática en el AMM. -------------------------------------------- 21. Tabla 2.5.. Indicadores de calidad del aire para el AMM 2006------------------------------------- 22. Tabla 2.6.. Estaciones de monitoreo en Ciudad Juárez. -------------------------------------------- 25. Tabla 2.7.. Días en que se rebasa el valor de la norma diaria para PM10 (120 μg/m3, 24 horas) ---------------------------------------------------------------------------------------------- 30. Tabla 2.8.. Percentil 98 de los promedios de 24 horas de PM10 ----------------------------------- 32. Tabla 2.9.. Promedio anual de PM10 ---------------------------------------------------------------------- 34. Tabla 2.10. Terminología de las partículas según su tamaño--------------------------------------- 37 Tabla 3.1.. Registro de datos en el DataRAM ---------------------------------------------------------- 46. Tabla 3.2.. Datos registrados en Naucalpan, en la ZMVM. ----------------------------------------- 54. Tabla 3.3.. Datos registrados en Santa Catarina, en el AMM. ------------------------------------- 54. Tabla 3.4.. Datos registrados en el ITESM, Campus Ciudad Juárez----------------------------- 55. Tabla 4.1.. Valores estadísticos según rangos de tamaño para los datos recolectados en el municipio de Naucalpan, en la ZMVM.--------------------------------------------- 59. Tabla 4.2.. Valores estadísticos según rangos de tamaño para los datos recolectados en el AMM.---------------------------------------------------------------------------------------- 72. Tabla 4.3.. Valores estadísticos según rangos de tamaño para los datos recolectados en Ciudad Juárez. ------------------------------------------------------------------------------ 85. Tabla 4.4.. Fracciones porcentuales del número de partículas y su volumen, según rangos de tamaño en la ZMVM.------------------------------------------------------------- 97. xiii.

(15) Índice de Tablas. Tabla 4.5.. Fracciones porcentuales del número de partículas y su volumen, según rangos de tamaño en el AMM. -------------------------------------------------------------- 99. Tabla 4.6.. Fracciones porcentuales del número de partículas y su volumen, según rangos de tamaño en Ciudad Juárez. ---------------------------------------------------- 101. Tabla 5.1.. Datos relativos a los efectos carcinogénicos, genotóxicos y mutagénicos de algunos HAPs. ---------------------------------------------------------------------------------- 109. Tabla 5.2.. Compuestos de HAPs analizados. -------------------------------------------------------- 110. Tabla 5.3.. Matriz de Correlación. ------------------------------------------------------------------------ 112. Tabla 5.4.. Incremento Porcentual de las Varianzas acumuladas según el número de factores considerados. ----------------------------------------------------------------------- 114. Tabla 5.5.. Matriz de Componentes Sin Rotación ---------------------------------------------------- 116. Tabla 5.7.. HAPs agrupados por factores. ------------------------------------------------------------- 119. xiv.

(16) Capítulo 1. CAPÍTULO 1 INTRODUCCIÓN. El presente Capítulo 1 se inicia con un pequeño extracto de los antecedentes históricos de cómo ha ido creciendo la contaminación y como el hombre se empezó a preocupar por ello en busca de una mejor calidad de vida. Posteriormente se plantearán los objetivos que tendrá el presente trabajo, así como también la justificación de la realización de este.. 1.1. Antecedentes.. La contaminación del aire es un importante problema de salud ambiental que afecta a países desarrollados y en desarrollo de todo el mundo. En una escala global, se emiten a la atmósfera grandes cantidades de partículas y gases potencialmente nocivos que afectan la salud humana y el ambiente y que en el largo plazo dañan los recursos necesarios para el desarrollo sostenible del planeta. Es probable que la exposición a la contaminación del aire sea tan antigua como la exposición humana al fuego.. Desde tiempos muy antiguos, los humos, las cenizas, el dióxido de azufre y otros productos generados de la combustión ordinaria han sido considerados como una molestia para el hombre, y que esa ideología ha ido cambiando a través de los tiempos, considerándose en la actualidad ya no simplemente como una incomodidad, sino que se ha adquirido la convicción de que también representa un peligro para la salud humana. Se han dado casos episódicos de intensa contaminación de la atmósfera que han acarreado sin duda el aumento de la mortalidad y ciertas enfermedades como las bronquitis agudas, cáncer del pulmón, entre otras enfermedades, todas ligadas con el sistema respiratorio [OMS, 2004].. La. contaminación. atmosférica. antropogénica. ha. venido. acompañando. al. hombre. prácticamente desde hace casi 500 años. En 1272, el Rey Eduardo I de Inglaterra trató de. 1.

(17) Capítulo 1. despejar los cielos lleno de humo sobre Londres, al prohibir el uso del “carbón marítimo” (porque se transportaba por vía marítima). Durante el reinado de Ricardo II (1377 - 1399) y más tarde durante el reinado de Enrique V (1413 - 1422), se tomaron medidas en Inglaterra para reglamentar y restringir el uso del carbón [Wark, 1998].. En diciembre de 1930, una región altamente industrializada del valle del Meuse, en Bélgica, se cubrió durante tres días de una espesa niebla, por lo que cientos de personas enfermaron y 60 murieron. Un mes después, una espesa niebla cubrió el área de Manchester y Salford en Inglaterra durante 9 días, muriendo 592 personas. En 1948, en Donora, Pennsylvania, un pequeño pueblo con plantas químicas y acererias se cubrió por una niebla durante 4 días y enfermó a casi la mitad de sus 14 mil habitantes, muriendo 20 personas y reduciendo el promedio de vida de todos sus habitants. El primer caso de efectos severos, reconocido históricamente fue el ocurrido en Londres del 5 al 8 de diciembre de 1952, donde los altos niveles de contaminantes se asociaron con un alarmante incremento en el número de muertes (alrededor de 4000, la mayoría con antecedentes clínicos de problemas de bronquitis) [Wark, 1998].. Es así que desde los años cincuenta se han evaluado los riesgos para la salud humana derivados de la contaminación del aire, para que el año de 1958 se estableciera los valores guía. En 1987, la Oficina Regional de la OMS para Europa (EURO) publicó las Guías de Calidad del Aire para Europa. Esas guías se han revisado y actualizado desde 1993. En una reunión reciente del Grupo de Trabajo de Expertos convocada en diciembre de 1997 en Ginebra, Suiza, se extendió la cobertura y aplicación de las guías a una escala global y se abordó más detalladamente la evaluación y el control de la calidad del aire [OMS, 2004].. En general en los últimos 20 años, la preocupación por los problemas ambientales ha aumentado considerablemente, en particular en el mundo industrializado, que afecta a la naturaleza, trayendo consigo consecuencias negativas en la salud. Es en este periodo, en donde se estudia con más preocupación la identificación científica de las relaciones entre contaminación y salud humana [Lezama, 2000].. 2.

(18) Capítulo 1. En la actualidad, el problema de la contaminación ambiental es un tema cotidiano, principalmente para los habitantes de las grandes ciudades, quienes utilizan términos como inversión térmica, capa de ozono, desequilibrio ecológico, partículas suspendidas totales, etc., que hace dos décadas atrás estaban reservados a científicos, ingenieros y técnicos. Este hecho nos muestra el grado en que se ha ido adquiriendo conciencia respecto a la importancia de crear un medio ambiente más saludable para todos, principalmente en las grandes ciudades del mundo donde se han presentado altos niveles de contaminación en el aire: México, Los Ángeles, Nueva York, Chicago, Santiago, Río de Janeiro, Milán, Ankara, Melbourne, Búfalo, Tokio, entre otras [Rosales-Castillo, J.A., et al., 2001].. En México, los primeros indicios del problema fueron identificados por investigadores universitarios en la ciudad de México a principios de la década de los sesenta. En ese entonces y en la década de los setenta se realizaron ya algunos esfuerzos aislados para medir los niveles de contaminación y se crearon las primeras instituciones y leyes ambientales del país.. En estos últimos años, se ha venido consolidando la instalación y operación de redes de monitoreo en las principales ciudades del país, así la Zona Metropolitana del Valle de México, de Guadalajara, de Monterrey y del Valle de Toluca, Ciudad Juárez, Tijuana y Mexicali cuentan con sistemas modernos de medición continua para los contaminantes criterio de calidad del aire: ozono (O3), bióxido de azufre (SO2), bióxido de nitrógeno (NO2), monóxido de carbono (CO), partículas suspendidas totales (PST), partículas menores a 10 micrómetros de diámetro (PM10) y plomo (Pb) [Carabias, J., et al., 1998].. En octubre de 1990, se acordó la instrumentación del Programa Integral Contra la Contaminación Atmosférica en el Valle de México (PICCA). Los esfuerzos del PICCA se dirigieron a la reducción de las emisiones de plomo, bióxido de azufre, monóxido de carbono, hidrocarburos y óxidos de nitrógeno, así como de las partículas generadas por la destrucción de bosques, erosión de zonas deforestadas, tiraderos clandestinos y calles sin pavimentar. Para ello, las estrategias del PICCA se concentraron en:. 3.

(19) Capítulo 1. a) el mejoramiento de la calidad de los combustibles, b) la reducción de emisiones en vehículos automotores, c) la modernización tecnológica y el control de emisiones en industrias y servicios, y d) la restauración ecológica de las áreas boscosas que circundan al Valle de México.. En México, las ciudades con mayor índice de contaminación son las zonas metropolitanas de las principales ciudades del país como Valle de México (ZMVM), Guadalajara (ZMG), y Monterrey (ZMM). Existen otras ciudades que se encuentran en la frontera México-USA, como es el caso de ciudad Juárez, que han tenido un crecimiento poblacional muy acelerado en los últimos años, y que por consiguiente generan un nivel de contaminación preocupante para los vecinos del Norte.. En sí, estas ciudades ya presentan problemas de contaminación atmosférica producto de las emisiones vehiculares, industriales, domésticas y naturales, y que las podríamos considerar en luz roja si se comparan con estándares de vida de ciudades europeas. Los programas de calidad del aire que se han desarrollado para estas ciudades, han logrado poner en marcha algunas medidas de control, con la consecuente reducción de emisiones, y por lo tanto, con la disminución de los niveles de algunos contaminantes, tales como el plomo, el monóxido de carbono y el dióxido de azufre. Aun, con la implantación de éstos programas se tienen concentraciones de partículas que sobrepasan las normas de calidad del aire.. Hoy en día se tienen estaciones de monitoreos manejadas en las principales ciudades de México, los cuales monitorean datos de concentración por tipos de contaminantes, pero que aún los estudios más detallados de saber de qué rangos de tamaño de partícula son los que tenemos en nuestro ambiente, están aun en estudios iniciales, por lo que en un futuro no muy lejano, se podrán determinar soluciones más directas hacia los problemas respiratorios y de salud.. 4.

(20) Capítulo 1. 1.2. Objetivos.. El objetivo general de este trabajo es caracterizar los aerosoles presentes en el ambiente y comparar los niveles de concentración de partículas PM10 en la atmósfera, entre las ciudades mexicanas de México, Monterrey y ciudad Juárez, para evaluar posibles impactos ambientales.. Los objetivos específicos que abarcare en el presente trabajo son:. 1. Comparar variaciones anuales en las concentraciones de PM10 para Monterrey, México y Juárez. (Datos de la red).. 2. Comparar las distribuciones de tamaños de PM10 y sus variaciones diurnas para las 3 ciudades, según sus fracciones numérica y volumétrica (Datos de proyecto).. 3. Comparar concentración de partículas PM2.5 y el volumen que estas representan en masa (Datos del proyecto).. 4. Identificación de los principales Hidrocarburos Aromáticos Policíclicos (HAPs) presentes en las partículas de PM2.5 del aire, en la ciudad de México, y analizar sus probables fuentes de origen (Datos del proyecto).. 5.

(21) Capítulo 1. 1.3. Justificación.. Las partículas PM10 y PM2.5 son tan finas que poseen una considerable área superficial por cada unidad de masa. Esta propiedad las convierte en excelentes portadoras de compuestos orgánicos e inorgánicos que pueden llegar a los conductos respiratorios más bajos dentro de los pulmones, depositándose en los alvéolos, con lo cual se aumenta su vulnerabilidad desde enfermedades hasta la muerte.. Con este trabajo se evalúa cuantitativamente la distribución de tamaño del PM10 que existe en el ambiente y como cambia a lo largo del día. Además, se comparan variaciones diurnas entre las 3 ciudades.. De esta manera, se lograría saber cuales son los rangos de partículas que existen en mayor cantidad y que tan perjudiciales representarían para la salud humana en su conjunto, en cada una de las tres ciudades mexicanas.. 6.

(22) Capítulo 2. CAPÍTULO 2 PANORAMA ACTUAL DE LA CONTAMINACIÓN DEL AIRE EN LAS CIUDADES MEXICANAS. En este capítulo se explicará la situación actual de la contaminación del aire de las ciudades mexicanas, explicando brevemente cuales son las Normas Oficiales Mexicanas (NOM) referidas a la calidad del aire. Luego, se recopilará información histórica para hacer un análisis de datos reportados por las instituciones ambientales y estudiar la variabilidad y las tendencias de los niveles de concentración de PM10 en los años anteriores para las tres ciudades mexicanas en estudio (México, Monterrey y Juárez); para el caso de ciudad de México, se tendrá un pequeño paréntesis, en donde se hablará acerca del proyecto MILAGRO, el cual se realizó con participación conjunta de instituciones nacionales e internacionales, preocupados con la contaminaron del aire y sus efectos en el medio ambiente.. Finalmente se explicará la importancia de realizar este estudio, para dar conocer cuales serían los efectos negativos en la salud del hombre a corto y largo plazo (principalmente niños y ancianos) que el material particulado y los otros compuestos orgánicos presentes en el aire, puedan ocasionarnos al estar expuestos a ellos.. 2.1. Normas de calidad del aire.. La calidad del aire se determina en base a la concentración de los contaminantes y sus límites permisibles. El establecimiento de normas permisibles de concentración se basa en la información epidemiológica de los efectos adversos que producen los contaminantes en la salud. También se debe de tomar en cuenta la geografía y la climatología del lugar para el cual son determinados [Mugica et al. 1996].. 7.

(23) Capítulo 2. Las Normas Oficiales Mexicanas (NOM) sobre la calidad del aire fueron publicadas el 23 de diciembre de 1994, con una modificación para la norma de ozono publicada el 30 de octubre del 2002, en el Diario Oficial de la Federación. Estas tienen como fin, proteger la salud de la población, sobretodo la de los grupos más susceptibles como son los niños, los ancianos y las personas con enfermedades respiratorias y cardiopulmonares crónicas [SEMARNAT, 2002].. Las normas de calidad del aire fijan valores máximos permisibles de concentración de contaminantes comúnmente presentes en las áreas urbanas. Cuando se elaboraron las normas, en México no existían los recursos ni la infraestructura para realizar estudios epidemiológicos, toxicológicos ni de exposición, ni en animales, ni en seres humanos, por lo que las normas se establecieron tomando criterios y estándares adoptados de otros países.. A continuación, se presenta de manera resumida las normas de calidad del aire y el compuesto que se analiza, según SEMARNAT.. ♦ Norma oficial mexicana NOM-020-SSA1. Presenta criterios para evaluar la calidad del. aire ambiente, con respecto al ozono (O3) con valores normados para la concentración de ozono (O3) en el aire ambiente, como medida de protección a la salud de la población.. ♦ Norma oficial mexicana NOM-021-SSA1. Presenta criterios para evaluar la calidad del. aire ambiente, con respecto al monóxido de carbono (CO), bajo valores permisibles de concentración de CO en el aire ambiente, como medida de protección a la salud de la población.. ♦ Norma oficial mexicana NOM-022-SSA1. Presenta criterios para evaluar la calidad del. aire ambiente, con respecto al bióxido de azufre (SO2), con valores normados para su concentración en el aire ambiente como medida de protección a la salud de la población.. 8.

(24) Capítulo 2. ♦ Norma oficial mexicana NOM-023-SSA1. Presenta criterios para evaluar la calidad del. aire ambiente con respecto al bióxido de nitrógeno (NO2), con valores normados para su concentración en el aire ambiente, como medida de protección a la salud de la población.. ♦ Norma oficial mexicana NOM-024-SSA1. Presenta criterios para evaluar la calidad del. aire ambiente, con respecto a las partículas suspendidas totales (PST) y sus valores permisibles de concentración en el aire ambiente, como medida de protección a la salud de la población.. ♦ Norma oficial mexicana NOM-025-SSA1. Presenta criterios para evaluar la calidad del. aire ambiente, con respecto a las partículas menores de 10 micras (PM10) y sus valores permisibles de concentración en el aire ambiente, como medida de protección a la salud de la población.. ♦ Norma oficial mexicana NOM-026-SSA1. Presenta criterios para evaluar la calidad del. aire ambiente, con respecto al plomo (Pb) y sus valores permisibles de concentración en el aire ambiente, como medida de protección a la salud de la población”.. La red de monitoreo de PM10 opera según el marco de la Norma Oficial Mexicana NOM-035SEMARNAT-1993 y en referencia al Índice Metropolitano de la Calidad del Aire (IMECA), los cuales ponderan y transforman las concentraciones de un conjunto de viene a ser a un número adimensional, el cual es un valor representativo que indica los niveles de contaminación atmosférica presentes en una región determinada y que es fácilmente entendido por el público [Carabias, J. et al. 1997]. La función principal del IMECA es mantener informada a la población sobre la calidad del aire en México, así como observar el comportamiento de los distintos contaminantes y comparar la calidad del aire entre zonas que utilicen índices similares. En la Tabla 2.1 se muestran los valores de los IMECAS (Índice Metropolitano de la Calidad del Aire), su nivel de clasificación y su interpretación según sus efectos nocivos en la salud.. 9.

(25) Capítulo 2. Tabla 2.1. Interpretación de los valores de IMECAS. Valor del IMECA. Clasificación. Significado. 0 - 50. Buena. 51 - 100. Satisfactoria. Situación favorable para todo tipo de actividades físicas.. 101 - 200. No Satisfactoria. Aumento de molestias menores en personas sensibles.. Situación muy favorable para todo tipo de actividades físicas y sin efectos en la salud.. 201 - 300. Mala. Aumento de molestias y relativa intolerancia para realizar ejercicios en personas con problemas respiratorios y cardiovasculares. Aparición de ligeras molestias en la población en general.. 301 - 500. Muy Mala. Aparición de diversos síntomas en personas saludables e intolerancia para realizar ejercicios físicos en la población en general.. Fuente: INEGI, Estadísticas Históricas de México, 1994. La relación que existe entre las concentraciones en μg/m³ y los valores IMECAS, se presentan en la siguiente Tabla 2.2.. Tabla 2.2. Puntos de quiebre del IMECA.. IMECA. PST (24hr) μg/m³. PM10 (24hr) μg/m³. SO2 (24hr) ppm. NO2 (1hr) ppm. CO (8hr) ppm. O3 (1hr) ppm. 100. 260. 150. 0.13. 0.21. 11. 0.11. 200. 546. 350. 0.35. 0.66. 22. 0.23. 300. 627. 420. 0.56. 1.10. 31. 0.35. 400. 864. 510. 0.78. 1.60. 41. 0.48. 500. 1000. 600. 1.00. 2.00. 50. 0.60. Fuente: http://www.ine.gob.mx/ueajei/publicaciones/libros/310/present.html. 10.

(26) Capítulo 2. Las normas de calidad del aire establecen los niveles máximos permisibles de concentración de contaminantes que garantizan la protección de la salud de la población en general y también de los grupos más susceptibles, para lo cual se incorpora un margen de seguridad [Carabias, J. et al. 1997].. A continuación se presenta la Tabla 2.3, en la que se presentan los valores normados para los contaminantes del aire, equivalentes a 100 puntos IMECAS.. Tabla 2.3. Valores normados para los contaminantes.. Contaminante. Simb.. Norma Oficial Mexicana (NOM). Concentración. Tiempo de exposición (hrs). Monóxido de Carbono. CO. NOM-021-SSAI-1993. 11.0 ppm. 8. Bióxido de Azufre. SO2. NOM-022-SSAI-1993. 0.13 ppm. 24. Ozono. O3. NOM-020-SSAI-1993. 0.11 ppm. 1. Bióxido de Nitrógeno. NO2. NOM-023-SSAI-1993. 0.21 ppm. 1. Partículas menores a 10 micras. PM10. NOM-025-SSAI-2005. 120 µg/m3. 24. Partículas menores a 10 micras. PM10. NOM-025-SSAI-2005. 50 µg/m3. promedio anual. Partículas menores a 2.5 micras. PM2.5. NOM-025-SSAI-1993. 60 µg/m3. 24. Partículas menores a 2.5 micras. PM2.5. NOM-025-SSAI-1993. 15 μg/m3. promedio anual. Partículas suspendidas totales. PST. NOM-025-SSAI-1993. 210 µg/m3. 24. Fuente: http://www.nl.gob.mx/?P=med_amb_mej_amb_sima_imeca. En la actualidad, la Secretaría de Salud se encuentra revisando la normatividad sobre ozono y sobre partículas para determinar la conveniencia de modificar las normas actuales y/o de introducir nuevos estándares para PM 2.5 en México.. 11.

(27) Capítulo 2. 2.2. Contaminación del aire en la ciudad de México.. La ciudad de México es la más grande de toda la república mexicana, y esta considerada como una "megaciudad". Los demógrafos (científicos que estudian el crecimiento, densidad y características de las poblaciones) definen a las megaciudades como ciudades con 10 millones de habitantes o más. Está ubicada a 2240 m sobre el nivel del mar, tiene una extensión aproximada de 7860 km2, rodeada por importantes cadenas montañosas que impiden la libre circulación del aire, lo cual agrava las condiciones ambientales [Téllez-Rojo et al., 1997].. Debido a esto, el área metropolitana de la Ciudad de México es una de las zonas con mayores problemas de contaminación ambiental en el mundo, y la primera a nivel de toda la república mexicana.. En la Tabla A.1 del Apéndice A, se presenta la lista de las estaciones de monitoreo que están operando en la actualidad en el estado de México. No todas las estaciones han operado siempre, pero estas han ido creciendo en número, para poder tener un mayor manejo de la información para todo el Estado de México.. Desde el año 1992 a 1994, se comenzaron a monitorear partículas suspendidas PM10 en 7 sitios de muestreo, observándose pocos casos de niveles de contaminación altos. A partir del año 1995 se incrementó a 10 el número de estaciones que monitorean este tipo de contaminantes, observándose un incremento de la contaminación en los últimos años respecto a los anteriores [Correa, 2000].. Cabe resaltar que no todas las estaciones de monitoreo han funcionado siempre, ya que a través de los años, se han ido instalando nuevas estaciones de monitoreo en diferentes zonas de la ciudad de México, para poder tener un mejor manejo de los niveles de contaminación real que se tiene en esta ciudad y poder actuar de una manera más eficaz.. 12.

(28) Capítulo 2. En la Figura 2.1 se puede apreciar la variación de la concentración de partículas de tamaño PM10 a lo largo de los años, en la Zona Metropolitana del Valle de México, desde los años de 1999 al 2006. Los datos son el promedio de mensual de las estaciones de monitoreo, en el que se observa una tendencia muy similar a lo largo de los años, es decir, con niveles de concentración “bajos” de hasta 30 µg/m3 en los meses de verano (julio, agosto, septiembre) y con de las concentraciones “altas” registradas en los meses de invierno (enero, febrero, marzo) en donde se alcanzan valores de hasta 80 µg/m3, valor que es más del doble registrado en la época de invierno.. Figura 2.1. Variación de la concentración promedio de partículas PM10 en los meses del año para la ciudad de México.. En la Figura 2.2, se observa una notoria reducción en la concentración de partículas menores a 10 micras, principalmente entre los años 1998 y 1999, a partir del cual se ha mantenido entre 50 y 60 μg/m3, por lo que se espera la misma tendencia en los próximos años, pero, que a pesar de esto, aun se sigue sobrepasando los niveles máximos estipulados por la NOM, por lo que se siguen realizando actividades ambientales en esa ciudad, con la finalidad de reducir aun mas estos niveles de concentración de partículas en el aire, y poder tener una mejor calidad de vida.. 13.

(29) Capítulo 2. Figura 2.2. Promedio anual de concentración de partículas PM10 en la ciudad de México.. Actualmente el sistema de monitoreo atmosférico de la ciudad de México está integrado por cuatro subsistemas operativos y una unidad móvil de monitoreo atmosférico:. a) Red Automática de Monitoreo Atmosférico (RAMA); b) Red Manual de Monitoreo Atmosférico (REDMA); c) Red Meteorológica (REDMET) y. d) Red de Deposito Atmosférico (REDDA).. En la actualidad la RAMA cuenta con 36 estaciones de monitoreo ubicadas en puntos estratégicos de la Ciudad de México; tal como se observa en la Figura A.1 del Apéndice A, 24 de ellas están localizadas en el Distrito Federal y 12 en el Estado de México. Las estaciones de monitoreo cuentan con criterios técnicos para su ubicación, densidad de población, distribución de fuentes de emisión y topografía. Las características del entorno de cada estación se describen en el Mapa Sensible del SIMAT. Se miden de manera continua los contaminantes: CO, SO2, NO2, O3, PM10 y PM2.5. Las concentraciones de PM2.5 se empezaron a medir a partir del mes de agosto de 2003 en ocho estaciones de monitoreo automáticas, y. 14.

(30) Capítulo 2. conforme ha ido pasando los años, se han ido instalando nuevas estaciones de monitoreo tal como se presenta en la Tabla A.2 del Apéndice A.. Por otra parte, en la ciudad de México, se ha venido realizando un megaproyecto para estudiar la calidad del aire y sus efectos en el medio ambiente, para lo cual se reunieron instituciones nacionales e internacionales del ámbito ambiental.. El proyecto MILAGRO.. El proyecto MILAGRO es una serie de proyectos de colaboración científica de alcance internacional enfocado a estudiar el impacto local, regional y global de la contaminación del aire en una megaciudad En esta campaña se tomó como caso de estudio a la Zona Metropolitana del Valle de México (ZMVM) y sus áreas circundantes, y que se ha iniciado en el mes de Marzo del 2006. MILAGRO significa: Iniciativa de Megaciudad: Observaciones de Investigación Global y Local (por sus siglas en Inglés: Megacity Initiative: Local and Global Research Observations).. Se escogió a la ciudad de México para llevar a cabo el proyecto MILAGRO porque esta es una de las tres ciudades más grandes del mundo, con aire más contaminado y ubicada en la franja tropical mundial. Al igual que la mayoría de las megaciudades de crecimiento rápido, esta ciudad también se encuentra en latitudes bajas. Además de encontrarse a una elevación considerable de 7400 pies de altura (2225 metros), la intensa luz solar ayuda a “cocinar” la mezcla de contaminantes en el aire. La contaminación del aire afecta la visibilidad, la salud de las más de 20 millones de personas que viven en toda esa región, además de la agricultura, los ecosistemas, los cambios en el estado del tiempo y el clima de todo el planeta en general.. Los contaminantes emitidos en la ZCVM no permanecen únicamente dentro de ella, sino que pueden ser llevados por el viento y viajar hacia otros lugares. Por tanto, durante la campaña fue necesario conocer dónde se emitían los contaminantes y hacia dónde viajaban. El. 15.

(31) Capítulo 2. proyecto consiste de cuatro campañas que se llevan a cabo de manera simultánea e incluirán mediciones coordinadas desde aviones y supersitios de monitoreo en superficie con el apoyo de actividades de modelación y observaciones de satélite. Las cuatro campañas que integran al proyecto MILAGRO son:. ¾ “MCMA-2006” (México City Metropolitan Area - 2006) ¾ “MAX-Mex (Megacity Aerosol Experiment in Mexico City) ¾ “MIRAGE-Mex” (Megacity Impacts on Regional and Global Environments) ¾ “INTEX-B” (Intercontinental Chemical Transport Experiment – Phase B).. En la Figura 2.3, se presenta un mapa con las cuatro campañas y sus coberturas geográficas dentro del proyecto.. Figura 2.3. Cobertura geográfica del proyecto MILAGRO. Fuente: Molina Center for Energy and the Environment (MCE2) http://mce2.org/fc06/fc06.html. 16.

(32) Capítulo 2. Durante los dos últimos años los científicos participantes en el proyecto MILAGRO, han estado diseñando los cuatro componentes de manera que estén coordinados en un plan único de mediciones que considera el tipo de instrumentos, la frecuencia de muestreo, y la cobertura geográfica que el proyecto busca, de tal manera que se fortalezcan las contribuciones de las agencias e instituciones participantes de una forma óptima y sin duplicidad de actividades.. El proyecto MILAGRO 2006 es la primera evaluación de la calidad del aire de la ZMVM (Zona Metropolitana del Valle de México) a nivel regional y considerará tanto a los contaminantes que entran como a aquellos que salen de la ciudad, abarcando inclusive ciudades americanas del estado de Texas, tal como se presenta en la Figura 2.3. Esto quiere decir que los efectos de la contaminación atmosférica originados en la ciudad de México, pueden afectar o tener alguna relación con problemas respiratorios o enfermedades de salud en otros lugares de la república mexicana o en el extranjero.. a. Objetivos del proyecto MILAGRO. A través de numerosos estudios, como el proyecto MILAGRO, los científicos se están enfocando en el ciclo de vida completo de la contaminación del aire. Su meta es darle seguimiento al transporte de contaminantes desde grandes ciudades hasta medio ambientes regionales y globales, a fin de comprender y determinar los impactos de contaminación sobre grandes sistemas naturales, así como en el cambio ático de la Tierra. Los objetivos principales del proyecto MILAGRO son:. 1. Estudiar la transformación y el transporte de los contaminantes del aire generados por las megaciudades, tomando como caso de estudio la ZMVM, y.. 2. Analizar los impactos de estos contaminantes a escala local, regional y global, mediante mediciones, tanto a nivel de superficie como con aeronaves y satélites, de gases, aerosoles, parámetros meteorológicos, radiación, y haciendo uso de, modelos meteorológicos y de calidad del aire.. 17.

(33) Capítulo 2. b. Sitios de monitoreo. Las mediciones del proyecto MILAGRO se realizaron del 1 al 30 de marzo de 2006, trabajando las 24 horas del día en tres supersitios seleccionados cuidadosamente para caracterizar las emisiones “frescas” locales (T0), las emisiones “frescas” bien mezcladas (T1) las emisiones transformadas químicamente por reacciones fotoquímicas (T2). Estas mediciones se realizarán utilizando una amplia gama de instrumentos instalados en sitios fijos de superficie, con seis aeronaves, y nueve satélites (tres de los cuales serán usados con mayor intensidad: AURA, AQUA, TERRA). En la Figura 2.4 se presenta un mapa con la localización de los tres sitios de monitoreo de contaminantes en la ciudad de México.. Figura 2.4. Localización de los sitios de monitoreo atmosférico para el proyecto MILAGRO. Fuente: http://www.cinvestav.mx/revistacinvestav/milagro.pdf. ♦ El Instituto Mexicano del Petróleo (“T0”), ♦ La Universidad Tecnológica de Tecámac en el Estado de México (“T1”) y, ♦ El Rancho La Bisnaga, al norte de Tizayuca en el Estado de Hidalgo (“T2”).. 18.

(34) Capítulo 2. Las etiquetas “T0”, “T1”, y “T2”, hacen referencia al tiempo de transporte de la pluma de contaminación urbana en los diferentes puntos, y que se extenderá incluso a países vecinos desde la megaciudad. Los sitios fijos de superficie son ideales para realizar mediciones continuas y detalladas de un número amplio de contaminantes y sus propiedades físicas y químicas. En algunos de los sitios se utilizarán sondas y globos con equipos para medir parámetros meteorológicos, ozono y compuestos orgánicos volátiles.. c. Beneficios del proyecto MILAGRO. Los beneficios a los que se esperan obtener del proyecto MILAGRO son:. ¾ Primera evaluación de la calidad del aire a nivel regional. ¾ Entendimiento de la importancia relativa de diferentes fuentes (urbana, incendios de biomasa, natural). ¾ Permitirá validar los inventarios de emisiones locales ¾ Mejora de los modelos metereológicos y de la calidad del aire a nivel local y regional. ¾ Mejor entendimiento de los procesos que eliminan y transforman la contaminación atmosférica en la ZMVM. ¾ Oportunidades educacionales para estudiantes en México y en los Estados Unidos. ¾ Oportunidades de colaboración para investigadores y personal técnico de gobiernos estatales y locales en México.. En general, el proyecto MILAGRO reconoce como una de sus necesidades prioritarias es el de contribuir a la educación y capacitación de jóvenes investigadores, a la concientización de la sociedad sobre los problemas de la contaminación atmosférica, y a la difusión de los resultados de esta campaña entre la comunidad científica y hacia los que tienen la capacidad de. desarrollar. políticas. ambientales,. así. [http://www.mce2.org].. 19. como. con. el. público. en. general.

(35) Capítulo 2. 2.3. Contaminación del aire en el AMM.. El Área Metropolitana de Monterrey (AMM) está localizada al Noreste de México, y ubicada a 540 msnm, es la tercera ciudad con mayor población en todo México. Su estudio en la evolución de la contaminación también es importante considerando que ha tenido un crecimiento muy rápido a nivel industrial en los últimos años, lo que ha causado que se tengan nuevos reportes de contaminación del aire.. El Sistema de Monitoreo Ambiental (SIMA) del AMM inició sus operaciones en noviembre de 1992 y actualmente cuenta con 5 estaciones automáticas de monitoreo continuo, que miden los siguientes parámetros: monóxido de carbono (CO), dióxido de azufre (SO2), dióxido de nitrógeno (NO2), ozono (O3) y partículas con diámetro aerodinámico equivalente igual o menor a 10 micrómetros (PM10); también se registra la velocidad del viento (VV), la dirección del viento (DV), y la temperatura (TMP). En forma adicional, la estación Sureste cuenta con un equipo que mide parámetros metereológicos como presión atmosférica (PA), precipitación pluvial (PP) y radiación solar (RS). Las estaciones de monitoreo ambiental funcionan de manera automática y el centro de cómputo del SIMA supervisa su operación [SEMARNAT, 2004].. La Sub Secretaría de Ecología de la Secretaría de Desarrollo Urbano y Obras Públicas del Gobierno del Estado de Nuevo León es la responsable de la operación de la red de monitoreo de la calidad del aire en el AMM.. En la Figura 2.5, se presentan la ubicación de las cinco estaciones de monitoreo que conforman esta red automática de monitoreo en el Área Metropolitana de Monterrey. Estas estaciones de monitoreo registran datos de PM10, registrados cada hora desde el año 1993 hasta la fecha, los cuales han sido utilizados para diversos estudios de calidad del aire. Para las partículas menores a 2.5 micras (PM2.5), éstas se miden recién a partir del año 2003 en esta ciudad.. 20.

(36) Capítulo 2. Figura 2.5. Distribución de la red automática de monitoreo atmosférico del AMM. Fuente: http://sinaica.ine.gob.mx/red_monterrey.html. En la Tabla 2.4, se presenta la ubicación exacta de las 5 estaciones de monitoreo de Monterrey, así como los parámetros que se miden en cada una de ellas, así como sus símbolos y unidades de medición.. Tabla 2.4. Estaciones de la red automática en el AMM. Zona. Estación. O3. CO. SO2. NO2. PM10. Longitud. Latitud. Sureste. La Pastora. X. X. X. X. X. 100º 14' 54" W. 25º 40' 06" N. Centro. Obispado. X. X. X. X. X. 100º 20' 18" W. 25º 40' 32" N. Noroeste. San Bernabé. X. X. X. X. X. 100º 22' 18" W. 25º 45' 11" N. Noreste. San Nicolás. X. X. X. X. X. 100º 15' 17" W. 25º 44' 42" N. Suroeste. Santa Catarina. X. X. X. X. X. 100º 27' 30" W. 25º 40' 30" N. Fuente: http://www.ine.gob.mx/dgicurg/calaire/tend/tod_estaciones.php?ciudad=ZMM_ESTACIONES. 21.

(37) Capítulo 2. En la Tabla 2.5 se presentan los indicadores de calidad del aire para el año 2006 para el área metropolitana de Monterrey (AMM), y en la que se puede apreciar que para partículas menores a 10 micras (PM10) se sobrepasa el límite máximo permisible de 50 µg/m3, registrándose en promedio un valor de 83.9 µg/m3 durante 193 de los 365 días del año 2006, es decir, más de la mitad del año.. Tabla 2.5. Indicadores de calidad del aire para el AMM 2006 Contaminante. Días sobre la norma. Promedio anual Punto IMECA (Concentración) máximo. PM10. 193. 83.9 µg/m3. 301. O3. 24. 24.78 ppb. 152. SO2. 0. 6.27 ppb. 18. CO. 1. 1.57 ppm. 102. NO2. 0. 19.52 ppb. 81. PM2.5. ND. 36.3 µg/m3. ND. Fuente: http://www.nl.gob.mx/?P=med_amb_mej_amb_sima_repanual. En la Figura 2.6 se muestra el comportamiento de la concentración de PM10 en el aire ambiente en los diferentes meses del año, que fue obtenida a partir del promedio de los datos históricos registrados por las estaciones de monitoreo y en la que se ve una tendencia a través de los años, no tan marcado como en México, por algunas variaciones en los meses del año, sobrepasándose en algunos meses los límites estipulados por la norma NOM-025SSA1-2005, excepto para los años 1998 y 1999.. Se observa que se podría considerar una tendencia en donde se tiene una mayor concentración en el primer semestre del año, principalmente en los meses de abril y mayo, para luego descender en los meses de agosto y septiembre (excepto para el año 1999 en donde el nivel más bajo de concentración se registró en el mes de 1999).. 22.

(38) Capítulo 2. Figura 2.6. Variación de la concentración promedio de partículas PM10 para los 12 meses del año, en el AMM.. En la Figura 2.7, en la que se observa un aumento en la concentración promedio anual de las PM10 en el AMM, resaltándose el crecimiento que se tuvo entre los años de 1997 y 2001, llegándose a duplicar el nivel de concentración promedio.. Figura 2.7. Promedio anual de concentración de partículas PM10 en el AMM.. 23.

(39) Capítulo 2. 2.4. Contaminación del aire en Ciudad Juárez.. Debido a su gran dinamismo urbano, demográfico, fabril y empresarial, así como a su localización de vecindad con los Estados Unidos, ciudad Juárez juega un papel relevante en la economía nacional. Junto con Tijuana, es una de las dos ciudades fronterizas más importantes de México. Este dinamismo trae beneficios sociales y económicos, pero también problemas relacionados con el desarrollo urbano y con la dotación de infraestructura y servicios, así como de tipo ambiental, en particular de calidad del aire.. La red de monitoreo de Ciudad Juárez se integró inicialmente en 1993 con equipo manual de partículas finas y posteriormente se adicionaron analizadores automáticos para monóxido de carbono y ozono. Debido a los compromisos internacionales del Acuerdo de la Paz, a partir de 1988, se estableció el Programa de Evaluación de la Calidad del Aire en ciudad Juárez, en donde se incluyó el establecimiento de una red de monitoreo. La red inició su operación en 1993 con equipos manuales para PM10, que se colocaron en cuatro zonas de la ciudad. Posteriormente se adicionaron analizadores automáticos para monóxido de carbono y ozono. A mediados de 1996, se instaló otra estación en la zona noroeste incorporando monitores para los tres contaminantes. La red es actualmente operada por la Dirección de Desarrollo Urbano y Ecología del Municipio de Juárez.. En la Figura 2.8 se presenta un mapa de la ubicación de las 5 estaciones de monitoreo para la ciudad de Juárez. De las 5 estaciones de monitoreo, 3 cuentan con equipo automático. Los parámetros que se miden son: ozono (O3), monóxido de carbono (CO), partículas menores a 10 micrómetros (PM10) (equipo manual), humedad relativa (HR), velocidad de viento (VV), dirección del viento (DV) y temperatura (TMP). La red es administrada por la Dirección General de Ecología y Protección Civil del Municipio de Juárez, y es operada por personal de la Dirección de Normatividad Ambiental con una estrecha colaboración de la Comisión Ambiental de Texas.. Seguidamente se presenta la Tabla 2.6, donde también se describe la ubicación exacta de cada una de ellas.. 24.

(40) Capítulo 2. Figura 2.8. Ubicación de las estaciones de monitoreo en Ciudad Juárez. Fuente: http://www.ine.gob.mx/dgicurg/calaire/tend/Informacion_CdJuarez.php. Tabla 2.6. Estaciones de monitoreo en Ciudad Juárez. Zona. Estación. O3. CO. PM10. Longitud. Latitud. Noroeste. 20-30. X. X. X. 106º 27' 35" E. 31º 44' 08" N. Suroeste. Advance. X. X. X. 106º 27' 35'' E. 31º 41' 23" N. Centro. Pestalozzi. X. 106º 25' 44" E. 31º 43' 53" N. Noreste. Tecnológico. X. 106º 23' 43" E. 31º 41' 23" N. Suroeste. Zenco. X. 106º 26' 35" E. 31º 38' 17" N. X. X. Fuente: http://www.ine.gob.mx/dgicurg/calaire/tend/tod_estaciones.php?ciudad=ZMCJ_ESTACIONES. En las Figuras 2.9 y 2.10, se presenta los registros históricos de concentración que se tiene por año y por mes en cada una de las estaciones de monitoreo de Ciudad Juárez.. 25.

(41) Capítulo 2. Figura 2.9. Concentración anual de partículas PM10 por estaciones de monitoreo en Ciudad de Juárez.. Figura 2.10. Variación de la concentración promedio mensual de PM10 en Ciudad Juárez.. 26.

(42) Capítulo 2. En la Figura 2.10, se observa la variación irregular que tiene la ciudad de Juárez a través de los años con dos “picos” de concentración en los meses de abril del 2002 y en septiembre del 2000, en los cuales las estaciones de monitoreo registran índices de concentración promedio mensual superior a las 120 μg/m3. Por otro lado, se puede observar también que en promedio, los períodos con concentraciones más bajas a lo largo de los años han sido los meses de verano de junio, julio y agosto, y que los de mayor concentración, en los meses de invierno, principalmente enero y febrero.. En la Figura 2.11 se presentan los datos de concentración promedio de partículas menores a 10 micras (PM10) a partir del año 1996 hasta el 2002, según el Sistema Nacional de Información de la Calidad del Aire.. Figura 2.11. Promedio anual de concentración de partículas PM10 en la Ciudad Juárez.. Como se ve en la Figura 2.11, este incremento de partículas a través de loa años aumenta aun más la contaminación del aire, el cual también puede estar relacionado con las emisiones generadas por los vehículos automotores, el cual es un foco importante de contaminación, estimándose que representan el 88% del total de las emisiones.. 27.

(43) Capítulo 2. En la Figura 2.12 se presentan las gráficas de tendencia para las tres ciudades en su conjunto, viéndose claramente la tendencia crítica del aumento de partículas PM10 para el caso de Monterrey (AMM) y Ciudad Juárez, y con una tendencia de estabilidad para el caso de México (ZMVM), pero en todos los casos, los niveles están por encima del valor máximo permisible de 50 μg/m3 redactado en las Normas Oficiales Mexicanas (NOM).. Figura 2.12. Promedio anual de concentración de partículas PM10 para las tres ciudades.. Para el caso de Ciudad Juárez, se observa un valor de concentración de 100 μg/m3 en el año 2003, siendo éste el valor promedio más alto para todos los años, para luego caer estrepitosamente hasta un valor de apenas por encima de los 50 μg/m3. Esto puede deberse a que en Ciudad Juárez no se realizan mediciones con un sistema automático de monitoreo como si lo tienen en Monterrey y en México, sino que son promedios de los promedios mensuales los que se reportan, por lo que se puede esperar tener variaciones en las mediciones.. 28.