La presente investigación se desarrolló mediante el diseño no experimental debido a que no se manipularon las variables existentes, se observó lo que ocurre sin intervenir de alguna manera en las mismas (Sousa et al., 2007).
3.2 Metodología
A continuación, se describe el proceso que se llevó a cabo para el desarrollo de la investigación.
Figura 1. Diagrama de proceso de Tesis Ponce, 2021
Determinación del Material Particulado Sedimentable Identificación del problema
Selección del tema
Delimitación de la zona de estudio
Monitoreo mediante tubos pasivos Recolección y transporte de muestras
Análisis estadístico descriptivo
Tabulación de datos
Comparación con normativa
Propuesta de biofiltro
Fin
Conclusión y recomendaciones Inicio
3.2.1 Variables
3.2.1.1. Variable independiente
Tiempo de medición (días) del material particulado sedimentable.
Material celulósico del biofiltro propuesto.
Diseño propuesto del biofiltro.
Presión Atmosférica
Temperatura (°C)
Precipitación (mm)
Velocidad del viento (m/s)
Dirección del viento (grados)
Humedad relativa (%)
Altura (m)
3.2.1.2. Variable dependiente
Concentración en mg/cm2/30días de partículas sedimentables medidas. Concentración estimada en mg/cm2 de partículas sedimentables
adsorbidas por un biofiltro de material celulósico.
3.2.2 Recolección de datos
3.2.2.1. Recursos
Para conocer el grado de contaminación atmosférica por las partículas sedimentables en el barrio Tercer Piso de la ciudad de Esmeraldas y el diseño propuesto del biofiltro fue necesario el uso de los siguientes recursos:
Materiales para medición: Papel filtro el cual sirvió como indicador para el monitoreo de la calidad del aire, bolsas de plástico impermeable para el transporte de las muestras de papel filtro, tubos de acetato, alambre
como soporte del envase que contiene el papel filtro, flexómetro para medir la altura.
Programas: Google Earth el cual se usó para la elaboración del mapa de la zona de estudio, ArcMap para georreferenciación de los puntos de muestreo, un generador de números aleatorios para conocer los puntos de muestreo, AutoCad el cual se usó para realizar el diseño del biofiltro, Excel, Word, la aplicación UTM Geo Map el cual ayudó a obtener las coordenadas de la zona de estudio.
Equipos: Balanza analítica, Barómetro digital para conocer la presión atmosférica.
Otros materiales: Cuaderno, calculadora científica
3.2.2.2. Métodos y técnicas
Para el desarrollo del presente proyecto de investigación se procedió dividirlo por etapas el cual permitió conocer el grado de contaminación atmosférica por partículas sedimentables presentes en el barrio Tercer Piso y la propuesta del diseño del biofiltro como alternativa para medir el material particulado sedimentable.
3.2.2.2.1. Delimitación de la zona de muestreo
La población de interés se delimitó mediante Google Earth, donde se logró identificar y seleccionar las zonas y los puntos de muestreo (postes de energía eléctrica) fueron georreferenciados mediante ArcMap (Ver Anexos, Figura 20, Figura 21, Figura 22), en los que posteriormente se tomarían las muestras de material particulado sedimentable durante el tiempo estimado.
Figura 2. Delimitación de la zona de estudio. Fuente: Google Earth, 2020
Como menciona Vallejo et al. (2016) la selección de la zona y puntos de muestreo se la realizó en base a criterios de accesibilidad, seguridad, consolidación urbana, las cuales se las identificó mediante percepción visual, como se muestra en la Tabla 1.
Tabla 1. Criterio de ubicación de la zona y puntos de muestreo
Criterio Características
Accesibilidad Lugar de fácil acceso que permita realizar las y revisiones periódicas.
Seguridad Sitios que garantice la permanencia de los muestreadores pasivos.
Consolidación urbana Área con vivienda de alta, media y baja densidad.
3.2.2.2.2. Obtención del tamaño de la muestra
Una vez identificada la zona de muestreo se procedió a calcular el tamaño de la muestra de la población, teniendo en cuenta que se conoce el total de la población se procedió a usar la siguiente fórmula para conocer el tamaño de las muestras, como se describe en (Badii et al., 2017):
𝑛 = 𝑁 ∗ 𝑍∞ 2 ∗ 𝑝 ∗ 𝑞 𝑒2∗ (𝑁 − 1) + 𝑍 ∞2 ∗ 𝑝 ∗ 𝑞 (2) Dónde: N: población conocida Z: nivel de confianza
p: probabilidad de éxito o probabilidad esperada q: probabilidad de fracaso
e: error máximo admisible en términos de proporción
Para conocer el tamaño de la población se trabajó con los siguientes valores: N: 33 (Población total de 33 postes de energía eléctrica)
Z: un nivel de confianza del 90% valor 1.96 p: 0.5
q: 0.5
e: error del 5% o 0.05
Sustituyendo los valores se obtuvo el tamaño de la población de:
𝑛 =
(33)∗(1.962)∗0.5∗0.5)(0.052)∗(33−1))+((1.962)∗0.5∗0.5)
𝑛 = 30
Al obtener el tamaño de la población se procedió a enumerar los postes de energía eléctrica de la zona, los cuales sirvieron como puntos de muestreo, después se realizó el muestreo aleatorio simple el cual para llevarlo a cabo se usó una página web donde se procedió a realizar la generación aleatorio de números
(Ver Anexos, Figura 18) para conocer la ubicación de los puntos de muestreo necesarios para las mediciones del material particulado sedimentable.
3.2.2.2.3. Monitoreo del material particulado sedimentable mediante Tubos pasivos
Previo a realizar las mediciones del material particulado sedimentable en la zona de estudio se recopiló información sobre las concentraciones máximas permisibles descritas en el Acuerdo Ministerial 097-A y de la Organización Mundial de la Salud, en la Tabla 2 se muestran dichas concentraciones y el tiempo de medición.
Tabla 2. Valores permisibles de material particulado sedimentable
Norma Tiempo de medición
en días
Concentración en mg/cm2
OMS 30 0.5
Acuerdo Ministerial 097-A 30 1
Obtenido de: Marcos et al., 2008; tomado del Acuerdo Ministerial 097-A, 2015.
Una vez establecidos los puntos de muestreo se pesaron los papeles filtros en una balanza analítica con elevados cuidados y precaución (Ver Anexos, Figura 14), después se procedió a la elaboración de los tubos para el monitoreo del material particulado sedimentable empleando láminas de acetato para la elaboración de estos.
Se elaboró una tapa con las láminas de acetato de manera que quede bien ajustada al tubo para poder colocar el papel filtro en la parte inferior, con la finalidad de que quede una abertura en la parte superior (Ver Anexos, Figura 19) asegurándose que la contaminación se produzca por esta parte del tubo durante los 30 días de medición (Huallaro et al., 2008).
Como se menciona en el Acuerdo Ministerial 097-A (2015), las muestras colectadas para el monitoreo del material particulado sedimentable se las realiza durante 30 días consecutivos a una altura de al menos 1.20 metros, el cual para el
presente trabajo de investigación y siguiendo la metodología descrita en (Huallaro et al., 2008; Marcos et al., 2008) se procedió a colocar los tubos a una altura de 2 metros midiendo con un flexómetro desde la base de cada poste eléctrico (Ver Anexos, Figura 23).
3.2.2.2.4. Condiciones meteorológicas
La presencia y dispersión de los contaminantes en el aire se ven afectados por las variables meteorológicas como la temperatura, velocidad del viento, dirección del viento, precipitación, humedad relativa entre otras, las cuales se pueden encontrar presentes en las zonas requeridas a muestrear (DIGESA, 2005). Por lo que en el desarrollo del presente trabajo se muestran los promedios de las condiciones meteorológicas presentes en la zona de estudio obtenidos de la estación meteorológica Esmeraldas-INOCAR (Ver Anexos, Tabla 12).
3.2.2.2.5. Recolección y transporte de las muestras
Al término del periodo de exposición las muestras que contenían el papel filtro junto con el material particulado sedimentable fueron recogidas con el mayor cuidado para evitar el escape de las partículas presentes en el papel filtro (Ver Anexos, Figura 26).
Posteriormente las muestras fueron selladas herméticamente para evitar errores que se pudieran generar en el traslado de las mismas (Ver Anexos, Figura 27) (Marcos et al., 2008) luego fueron transportadas hacia el laboratorio para realizar el respectivo análisis gravimétrico a las muestras (Ver Anexos, Figura 15).
3.2.2.2.6. Determinación del material particulado sedimentable
La cuantificación del material particulado sedimentable se lo realizó mediante el análisis gravimétrico, este es un método cuantitativo el cual el propósito es determinar las concentraciones del contaminante mediante la diferencia de peso en
el papel filtro (Huallaro et al., 2008). El análisis se lo realizó en el laboratorio en una balanza de precisión para conocer el peso del papel filtro con la concentración del contaminante.
Una vez conocido el peso de cada papel filtro con el contaminante se procedió a usar la fórmula descrita en (Huallaro et al., 2008) donde se determina el Polvo Atmosférico Sedimentable (PAS) para calcular el material particulado sedimentable en la zona:
𝑃𝐴𝑆 =(𝑃𝑓𝑖𝑛𝑎𝑙− 𝑃𝑖𝑛𝑖𝑐𝑖𝑎𝑙)
𝐴 ∗ 𝑇 (3)
Dónde:
PAS: Polvo Atmosférico Sedimentable Pfinal: Peso final del recipiente colector (mg) Pinicial: Peso inicial del recipiente colector (mg) A: Aérea del recipiente colector (cm2)
T: Tiempo de muestreo (días)
Una vez obtenida la concentración del material particulado sedimentable y como es mencionado en el Acuerdo Ministerial 097-A (2015) las mediciones observadas durante el tiempo de monitoreo se corrigieron de acuerdo a las condiciones de la localidad, en este caso el barrio Tercer Piso, para el cual se usó la Ecuación 1:
𝐶𝑐 = 𝐶𝑜760 𝑚𝑚 𝐻𝑔 𝑃𝑏𝑙 𝑚𝑚 𝐻𝑔∗ (273 + 𝑡°𝐶)°𝐾 298°𝐾 (1) Dónde: Cc: concentración corregida Co: concentración observada
Pbl: presión atmosférica local, en milímetros de mercurio. t°C: temperatura local, en grados centígrados.
3.2.2.2.7. Propuesta de diseño de biofiltro
Se propuso el diseño de un biofiltro con la finalidad de disminuir las concentraciones del material particulado sedimentable, el cual presenta las condiciones y características necesarias para la adsorción del contaminante y el uso de materiales descritos por otros autores y siguiendo las normas establecidas para el monitoreo del material particulado sedimentable.
Se toma como referencia estudios realizados por Burés Profesional (2018); Díaz et al. (2020) que han conseguido resultados eficientes en el desarrollo y la implementación de diferentes prototipos de biofiltros, los cuales contribuyeron a resolver la problemática planteada en cada una de las investigaciones.
3.2.2.2.8. Comparación con normativa vigente
Acorde a los correspondientes análisis, la tabulación de los datos y los resultados de las concentraciones obtenidas en las mediciones del material particulado sedimentable en la zona de estudio, se procedió a compararlo con el Acuerdo Ministerial 097-A (2015), el cual expresa la máxima concentración permisible de una muestra colectada durante treinta días consecutivos es de 1 mg/cm2/30 días.
Por consiguiente Marcos et al. (2008) menciona que los valores obtenidos de las concentraciones del material particulado sedimentable se compararan con el valor referencial de 0.5 mg/cm2/30 días que establece la Organización Mundial de la Salud.
3.2.3 Análisis estadístico
En la presente investigación se realizó un análisis estadístico descriptivo ya que se estudiaron y se analizaron los datos obtenidos de la muestra del monitoreo del material particulado sedimentable (Cebrián, 2009) mediante la metodología de tubos pasivos. Al igual que permitió describir y resumir las observaciones obtenidas sobre la muestra y las condiciones meteorológicas que se presentaron a lo largo del período de exposición mediante gráficos y tablas.
4. Resultados
4.1 Medición del material particulado sedimentable en el barrio Tercer Piso de