Chapter 1 Introduction
1.6 Argument and organisation
Cueva de Castañar (Galería Entrada y Sala Nevada), Cueva de Altamira y cueva de Ojo Guareña Cueva de Castañar (Sala Nevada) Mediciones puntuales en la cueva Castañar y suelo exterior Cueva de Castañar y cueva de Gáldar
Función Dosimetría área Registro
continuo Registro continuo Experimentación Calibración, registro continuo y experimentación Tabla 1. Relación técnica, espacial y funcional de los 5 equipos diferentes utilizados para medir gas 222Rn: kodalphas, Radim 5WP, Sarad Scout, Durridge RAD-7 y Pylon AB5.
El monitor RAD7 (Figura 2B) es capaz de recircular el aire, lo cual es una ventaja a la hora de realizar experimentaciones en recipientes estanco. Además, es capaz de medir de forma simultánea la concentración de radón y torón (220Rn) en aire.
El monitor Sarad Scout (Figura 2C) tiene una capacidad de almacenamiento máximo de 1 mes con registro horario pero, en cambio, su elevada precisión ha aportado series temporales de datos con gran calidad y precisión.
62
Contador láser-óptico de aerosoles modelo Aerotrack TSI 9306: Mide en continuo la concentración de partículas en suspensión en el aire (aerosoles) en un rango de tamaños desde 0,3 hasta 25 µm con ± 5% de precisión, registrando la concentración en 6 rangos diferentes de tamaño (diámetro) de partícula: 0,3-0,5, 0,5-1, 1-3, 3-5, 5- 10 y > 10 micras. Este equipo ofrece una eficacia en el recuento de partículas del 50% a 0.3 micras y del 100% para partículas con diámetro superior a 0,45 micras. La capacidad de almacenamiento es de 10000 datos. Ha estado programado para mediciones puntuales cada 5 minutos y durante varias horas en el interior de la Cueva de Castañar.
Ionómetro para el registro de la densidad de iones en el aire: El ionómetro, distribuido por AlphaLab inc. (Utah, USA), mide la densidad de iones (iones/cm3) de aire basado en el tubo de Gerdien (condensador de Gerdien). Mide de forma separada la densidad de iones positivos y la de los negativos. Contiene un ventilador que fuerza el aire a pasar a través del equipo a un flujo determinado. El equipo es capaz de medir entre un rango de 2 - 20 millones de iones/cm3, opera dentro de un rango de temperaturas entre -10 hasta 50 °C y la velocidad del viento debe ser < 15 km/h. La resolución es de 100 iones/cm3 y tiene una precisión de ± 25%. Debe conectarse a un USB datalogger y a su vez a un ordenador para registrar los datos de forma continua. Su registro de medida es cada 30 segundos.
Para la calibración de las sondas paramétricas de las estaciones de control ambiental y el reajuste de las series temporales obtenidas se realizaron, periódicamente y de forma sistemática, mediciones puntuales in situ con sondas portátiles. Estas sondas fueron previamente calibradas en laboratorio y sometidas a una calibración certificada por parte de las empresas suministradoras. Con este procedimiento se evita el problema de fallos en el registro por deriva de los equipos electrónicos, como consecuencia de su exposición prolongada a ambientes con humedad próxima a la saturación. A continuación, se describen las características técnicas de estos equipos portátiles:
Termómetro Hart scientific, modelo 1521 (Fluke Company, US) de alta precisión. La resolución de los PRTs y termisores es de 0,001°C, la resolución de los termopares es de 0,01°C. La precisión de PRTs es superior a ± 0,011°C, mientras que la precisión de los termopares es de ± 0,24 °C y de los termisores es de ± 0,002 °C.
Termómetro digital portátil de alta resolución Lufft, modelo C100 con una sonda RTD PT100 (LUFFT, Fellbach, Alemania) con una resolución de ± 0,01°C y una precisión de 0,1°C.
Termo-higrómetro portátil de alta precisión, Hygropalm 1 (Rotronic, Suiza) con una sonda HygroClip con rango de medición entre 0-100 %, una precisión ± 1,5% y una resolución de 0,1%.
Sensor portátil SenseAir tiene un rango de medida entre 0 - 10000 ppm midiendo entre 0 - 50 °C. Su precisión es de 3% y tiene un tiempo de respuesta de 2 min.
3.1.2.4. Monitorización de la concentración en el aire de CH4, CO2 y de su señal
isotópica δ13CO2 mediante espectroscopía Wavelength-Scanned Cavity Ring Down.
63
El analizador Picarro G2101-i (Figura 3A) es un espectrómetro que emplea la espectroscopía de alta resolución basada en la tecnología Wavelength-Scanned Cavity Ring Down (WS-CRDS) para el análisis isotópico del carbono del gas CO2, así como la concentración de otras especies gaseosas como el metano (CH4) y el vapor de agua (Crosson et al., 2008). Esta tecnología permite realizar medidas a tiempo real mediante un láser en el infrarrojo cercano que analiza el espectro de absorción de las moléculas de CO2. Mediante esta tecnología WS-CRDS el analizador es capaz de controlar la longitud de onda del espectro a alta precisión, asegurando que solo la banda característica de absorción espectral del CO2 está siendo medida y, por tanto, reduciendo la posibilidad de interferencia por otras especies de gases.
El espectrómetro Picarro G2101-i analiza simultáneamente la concentración de CO2 (12C y 13C) y la razón isotópica 13C/12C del CO2 para la misma muestra individual, así como determina automáticamente la fracción molar en base seca del gas. La concentración de todos los gases se mide en partes por millón (ppm), el contenido de vapor de agua que es medido en porcentaje (%) y el valor de señal isotópica se muestra en tanto por mil (‰). El analizador trabaja con una tasa de flujo por debajo de 0,05 slm (estándar litro por segundo a 760 Torr) y sólo necesita 10 minutos para obtener una medida fiable de los tres parámetros (CO2, CH4 y 13CO2). El analizador mide cada 2 segundos todas las variables de forma simultánea.
El fabricante garantiza precisiones de 200 y 10 ppb para 12CO2 y 13CO2, respectivamente. La precisión establecida para 13C(CO2) ha sido menor de 0,3‰ después de 5 minutos de análisis (Rella et al., 2013). En el mismo rango, la deriva máxima pico a pico durante 24 horas está garantizada a < 2,0 per mil. A continuación, se presenta un listado con otras especificaciones técnicas generales respecto al funcionamiento del analizador:
Rango de medición de la concentración de CO2 entre 200 y 3500 ppmv.
Volumen de la cámara de muestreo optimizado (35 cm3) para el análisis de pequeñas muestras de aire y que permite un rápido purgado de la misma. Cámara equipada con sensores de presión y temperatura que permite el control de estos parámetros con una gran precisión (temperatura a 10 mili°C y presión a 1: 1500).
Intervalo de medida programable, desde segundo a hora.
Medición y control preciso (a la milésima) de otros parámetros de la muestra y del interior del instrumental: temperatura, humedad relativa y presión barométrica.
Funcionamiento de un rango amplio de condiciones de temperatura, humedad relativa y presión barométrica.
Funcionamiento a una temperatura interna elevada (> 45°C) para eliminar efectos perjudiciales de condensación.
Dimensiones y peso óptimos para su portabilidad (volumen inferior a 40 litros y peso inferior a 30 Kg).
64
Figura 3. A: Espectrómetro de gases Picarro G-2101-i para realizar las mediciones de cueva-suelo-exterior en continuo y a tiempo real, obtenido de Garcia-Antón, 2014. B: Muestreo continuo del suelo del reciento vallado. C: Muestro discreto del suelo mediante el uso de bolsas tedlar y bombas de succión de aire. D: Recorrido del tubo que conecta el punto de extracción de aire del suelo hasta el espectrómetro de gases. E: Extracción discreta del aire exterior mediante una bomba manual.
65
-Calibración y control de la calidad de los resultados de los análisis realizados con espectrómetro Picarro G2101-i.
El analizador Picarro G2101-i (Figura 3A) calcula automáticamente el valor de la señal isotópica del carbono del CO2 (13CO2, en ‰) a partir de las mediciones cada 2 segundos de las concentraciones de cada isotopólogo 12CO2 y 13CO2, realizando una media móvil central con una ventana de observación de 5 minutos.
Según las especificaciones técnicas suministradas por el fabricante del analizador: 1) la deriva máxima de las señal isotópica del 13C(CO2) fue menor a 2,0 ‰, durante 24 horas de medición y en condiciones de presión atmosférica estándar; y 2) la precisión establecida para 13C(CO2) ha sido menor de 0,3‰ después de 5 minutos de análisis. Estos valores indicativos de la calidad de los registros fueron analizados periódicamente mediante un test de medición continua durante 24 horas usando como fuente constante de alimentación una botella con una mezcla sintética de gases certificada (suministrada por la empresa Praxair). Al usarse siempre la misma mezcla de aire que contiene una señal isotópica de δ13C-CO2 constante proveniente de la misma botella, se pudo comprobar si existía una deriva en la señal δ13C-CO2 una vez que el equipo fue calibrado por el fabricante (Picarro) de forma presencial o remota.
Figura 4. Modelo lineal que correlaciona las concentraciones reales de las bombonas certificadas a 0, 0.5 y 1,7 ppm de metano y las medidas del espectrómetro de gases, R2= 0,99.
De forma periódica se calibraron las concentraciones del analizador G2101-i mediante un conjunto de 3 botellas para cada gas de interés (CO2 y CH4). Estas calibraciones fueron llevadas a cabo antes, durante y después de cada tanda de análisis y campañas de campo en las que se realizaban mediciones en continuo y a tiempo real. Las botellas de calibración de metano tuvieron las siguientes concentraciones: 0 ppm (altísima pureza de Nitrógeno), 0,5 y 1,7 ppm. En cambio, las botellas de calibración de CO2 tuvieron concentraciones de 400 y 7000 ppm, con variaciones en su señal isotópica. La calibración de los registros de concentración de CH4 a partir de los valores certificados de las botellas se realizó a diferentes valores de humedad ambiental de la muestra, en concreto en un
66
rango de contenido en vapor de agua desde 0 a 3,5 %. La precisión de las mediciones de la concentración de CH4 fue menor de 0,1 ppm en el rango de estudio (0 - 2 ppm).