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CONTAMINACIÓN
POLITÉCNICO JAIME ISAZA CADAVID















Introducción

 

La región del Valle de Aburrá tiene 3,5 millones de habitantes, incluyendo la ciudad de Medellín; hasta enero de 2009 contaba con un sistema de transporte público basado principalmente en consumo de combustible diésel de 2.100 partes por millón (ppm) en contenido de azufre. Mediante un plan de descontaminación del aire, el Área Metropolitana del Valle de Aburrá, como autoridad ambiental, en acuerdo con ECOPETROL y con distintas entidades, logró la reducción del azufre a 500 ppm en julio de 2009 y a 50 ppm en enero de 2010.


Para evaluar el impacto de la implementación de esta política de mejoramiento de combustibles, se realizó el estudio "Evaluación del impacto en la concentración del PM2.5 a partir del mejoramiento del combustible en los vehículos", cofinanciado por el Área Metropolitana del Valle del Aburrá y ECOPETROL.


El contaminante incluido en el estudio, uno de los principales que afectan el aire que respira la población, es conocido como material particulado o partículas, sustancias en estado sólido o líquido, o una combinación de ellas, que están suspendidas en la atmósfera y varían de tamaño y forma. Este contaminante está asociado a la formación del hollín en la quema de los combustibles, lo cual indica combustión deficiente y disminuye la calidad del aire que respiramos. En tamaño menor a 2.5 micrones (millonésimas partes de un metro), estos contaminantes, que pueden ingresar directamente al sistema respiratorio, son producidos por los vehículos, especialmente los de tipo diésel, por otros combustibles que contienen azufre, o por el desgaste de llantas y frenos. También son generados por diversos procesos industriales, por actividades humanas y por la naturaleza.


Un estudio de este tipo involucra una compleja interacción de diversas autoridades, instituciones y personas, que se suman al gran esfuerzo que implica hacer, en muy corto tiempo, un conjunto de muestreos de contaminantes emitidos por los vehículos ―muestreos actualmente en desarrollo en la región―, y que atiende a la necesidad de contar con equipos especializados y procesos claros de seguridad y manejo de información.


Debe destacarse el esfuerzo de innovar en diferentes maneras de cuantificar los contaminantes que se generan por el funcionamiento de los vehículos, y los desafíos en los métodos químicos para determinar el tipo de sustancias que están conformando estos contaminantes: la adquisición y puesta en marcha de equipo nuevo, la medición, manejo y custodia de muestras, la aplicación de métodos de control de calidad y una coordinación exigente de tiempos y logística con los laboratorios participantes en Colombia (Laboratorio Alpha 1) y en Estados Unidos (DRI, Reno-Nevada).


En este contexto se realizó el estudio antes mencionado, durante el periodo comprendido entre el 7 de diciembre de 2009 y el 7 de febrero de 2011. Los resultados obtenidos contribuyen a definir metas de calidad del aire, basadas en el conocimiento de las partículas emitidas que ingresan directamente al sistema respiratorio humano, y a aplicar métodos locales para conocer la cantidad de contaminantes formados (factores de emisión vehicular), así como la transferencia social del conocimiento adquirido, como fruto de la propuesta de controles conducentes al mejoramiento de la calidad del aire y la movilidad, en particular en zonas de alto tráfico.


Metodología


El proceso metodológico para evaluar el impacto del mejoramiento del combustible en Colombia mediante la reducción del contenido de azufre comprendió la aplicación, durante varios años, de técnicas de muestreo del aire ambiente en zonas de alto flujo vehicular, con el objetivo de determinar la cantidad de partículas que por su tamaño pueden ingresar directamente al sistema respiratorio. Otra fase de la metodología incluyó el análisis químico de las partículas recolectadas para conocer su composición química en la parte metálica, en la aniónica y en su contenido de carbono. Igualmente, se incluyó el estudio de los contaminantes emitidos por los vehículos circulantes en el Valle de Aburra en un banco de ensayos instrumentado y automatizado y en el Túnel de Occidente, tanto en motores diésel como en gasolina de laboratorio.


Para obtener muestras representativas de las partículas contaminantes se definieron características de las zonas en estudio y de los equipos de medición, así como procedimientos de pesaje, custodia, transporte y embalaje de las muestras.


En cuanto a la selección de las zonas de muestreo de PM2.5, en el diseño de la propuesta se tuvieron en cuenta la topografía del valle, el número de habitantes residentes por metro cuadrado, la cantidad de vehículos circulantes por unidad de tiempo y registros históricos de las concentraciones de partículas respirables menores a 10 y 2.5 micrones.


Las zonas de alto flujo vehicular seleccionadas para el estudio fueron Robledo y El Poblado.


Robledo


El sector de Robledo corresponde a la Comuna 7 de la ciudad de Medellín; se encuentra ubicado en la zona noroccidental de la ciudad, y su área total es de 938.22 hectáreas. El sector presenta una topografía quebrada, especialmente hacia el occidente, predominando las pendientes a lo largo de la zona. Para el transporte público cuenta con buen cubrimiento, dado que cuenta con siete rutas, especialmente hacia el centro de la ciudad. La relación de datos reportados en aforos vehiculares recientes no dispone información específica acerca del cruce donde se ubicaron los equipos de medición (Carrera 80 con calle 65); aun así, se conoce que al sector ingresa tráfico liviano y pesado en las salidas noroccidental y suroriental, respectivamente., tal como se observa en la figura 1.


Poblado


La zona de El Poblado, Comuna 14, es la más grande de la ciudad de Medellín; se encuentra ubicada en el sector Suroriental, y tiene una extensión de 1.432,58 hectáreas, equivalentes al 39% del total de la ciudad. Su topografía en general es suave, ondulada, con pendientes de alta variabilidad, un relieve abrupto, crestas o cimas poco redondeadas, y cerros bajos con laderas con pocos cambios en los picos de montaña.


La estructura vial de esta zona se caracteriza por un sistema arterial compuesto por vías principales como la Autopista Regional cerca al río Medellín, las avenidas Las Vegas y El Poblado, y dos vías colectoras básicas, la transversal Superior y la Inferior, son el contorno de la zona. En dirección oriente-occidente, este sistema tiene muy poca longitud debido a las limitaciones topográficas; solamente las calles 10, 14, 5 Sur y la loma de Los Balsos tienen continuidad hasta la parte oriental de la comuna. Las comunicaciones con el occidente de la ciudad se hacen a través de puentes sobre el río Medellín en las calles 37, 29, 10 y 12 Sur. En la Figura 2 se representa la zona. Como resultado del desarrollo urbanístico, El Poblado tiene una alta tasa de parque automotor privado, y en las últimas décadas la infraestructura vial, realizada parcialmente, ha implicado pérdida de eficiencia en la circunvalar vehicular.


Además, en los últimos años la dinámica de la construcción ha incrementado la demanda de transporte público hacia el sector; parte de esta demanda se satisface por medio de las rutas metropolitanas que sirven a los municipios de Envigado y Sabaneta y que atraviesan la comuna.


Los datos sobre flujo vehicular muestran la densidad del flujo con una media diaria de 1.955 vehículos/hora; de acuerdo con las características de sus emisiones, este flujo se refleja en la calidad del aire que respira la población, y evaluado en términos de PM2.5 muestra una tendencia a superar la norma anual de calidad del aire.


La toma de muestras de las partículas finas respirables presentes en el aire en las zonas de estudio se realizó mediante un equipo PQ-200 que opera mediante una bomba de succión, a un flujo similar al que ingresa el aire al sistema respiratorio humano, 16,67 litros por minuto (lpm). El aire posteriormente es transportado hacia unos separadores, donde están ubicados los filtros que retienen los contaminantes (ver figura 3).


La campaña de medición fue ejecutada en concordancia con los periodos de ingreso al sistema de distribución de las nuevas calidades del combustible, como se describe a continuación:


  • Primer periodo, 2.100 ppm (partes por millón de azufre contenido en el diésel): entre el 20 y el 29 de enero de 2010.
  • Segundo periodo, 500 ppm (partes por millón de azufre contenido en el diésel): entre febrero y julio de 2010.
  • Tercer periodo, 50 ppm (partes por millón de azufre contenido en el diésel): de agosto de 2010 en adelante.


En cuanto al número de muestras para evaluar la calidad del aire en las dos zonas seleccionadas, se recolectaron 50 muestras, representativas del 32% de las muestras que deben ser tomadas durante un periodo de monitoreo anual de calidad del aire (MADT, 2007.


Tiempo de medición: 24 horas, en los tres periodos no consecutivos de distribución del nuevo combustible, en los cuales se tomaron 7, 21 y 22 muestras, respectivamente, durante los nueve meses de ejecución de la campaña.


Otro de los frentes de trabajo en la búsqueda de un vínculo claro entre el contenido de azufre del diésel y las composiciones y concentraciones de las muestras de las partículas finas respirables presentes en el aire fue la determinación de la cantidad de masa emitida y la obtención de muestras emitidas por los vehículos que consumen diésel. Para ello se aplicaron dos metodologías: medición en un túnel con alto flujo vehicular y medición en un motor Isuzu en uno de los laboratorios de la Universidad de Antioquia, perteneciente al grupo de investigación GIMEL, en la ciudad de Medellín, Colombia.


En el motor se trabajó con tres tipos de combustibles diésel con contenido de azufre (S), expresado en partes por millón, de 50, 500 y 2.100, cada uno de ellos bajo dos condiciones de funcionamiento del motor: a 1.770 y 2.420 revoluciones por minuto (rpm). Cada una de las condiciones se sometió a dos ensayos con el fin de tomar muestras de las partículas finas para su posterior análisis químico.


Se evaluaron las concentraciones de partículas finas respirables presentes en el túnel Fernando Gómez Martínez, ubicado al occidente del departamento de Antioquia, durante periodos completos de 24 horas, en épocas del año 2010 en las cuales se tenía certeza sobre la composición del combustible diésel utilizado por los vehículos de la zona de influencia del Valle de Aburrá. Las figuras 4 y 5 ilustran las mediciones.


En lo referente a las metodologías de análisis químico de las muestras ambientales y vehiculares es necesario tener en cuenta que una partícula de contaminación está conformada a su vez por muchas sustancias químicas. Entre ellas se encuentran compuestos inorgánicos como óxidos metálicos, sulfatos, cloruros y nitratos. Igualmente, en estas partículas finas se encuentran mezclas de sustancias orgánicas que comúnmente se observan en forma de humos y hollines. Por esta razón, en la metodología química se aplicaron métodos específicos que permitieron identificar el tipo y la cantidad de cada elemento presente en la muestra.


Resultados


Los datos de concentración para las zonas de Robledo y El Poblado fueron agrupados según el contenido de azufre en el diésel (2.100, 500 y 50 ppm de S). En todos los casos, el análisis de los datos disponibles mostró una disminución de la masa fina de partículas en el aire respirable, teniendo como base la concentración a 2.100 ppm. Un soporte adicional permitió demostrar esta reducción, al hacer comparaciones con la información obtenida en otros estudios en la región realizados por la autoridad ambiental Área Metropolitana del Valle de Aburrá (AMVA, 2007a), y con los datos de la red de monitoreo de la calidad del aire, REDEAM, en el mismo periodo, donde la reducción global estimada fue del 27,4%.


Como resultado final, la concentración de las partículas respirables en las zonas de estudio tuvo una reducción apreciable, coherente con la reducción en el contenido de azufre en el diésel. Esta reducción, del orden de 3 µg/m3, es mirada como significativa frente a las metas actuales para el Plan de Mejoramiento de la Calidad del Aire (AMVA, 2010) en los próximos años, donde la reducción esperada es de 12 µg/m3 hasta el 2020. Las gráficas 6 y 7 ilustran el análisis descrito.


Otra manera de evaluar el impacto del mejoramiento del diésel sobre la calidad del aire es la caracterización química de las partículas finas tomadas en las zonas de estudio. A continuación se presentan estos resultados:


En el análisis químico se detectaron cantidades de azufre que, como óxido, superan en gran medida la concentración de los demás elementos detectados. En la totalidad de los datos, es evidente la reducción de la concentración de este azufre de 10.8 a 7.6% durante el periodo del estudio (2009-2010).


Los resultados obtenidos en el presente estudio permiten llegar a las siguientes conclusiones:


  • Se estableció un vínculo claro entre el contenido de azufre del diésel y las concentraciones de azufre en las partículas respirables recolectadas en las zonas de Robledo y El Poblado, con lo cual se evidencia el gran impacto de los vehículos de combustible diésel sobre la situación de la contaminación en la región.
  • Se estableció una clara relación entre el contenido de azufre en el diésel y la disminución del azufre en los combustibles, reflejada en una disminución significativa de sulfatos presentes en el aire respirable. Estas sustancias se forman por la reacción a altas temperaturas entre el azufre contenido en los combustibles y el oxígeno del aire de combustión.
  • Las condiciones operativas de los motores diésel, la edad del vehículo y las prácticas operativas son variables y no permitieron una disminución en las concentraciones de partículas finas mayores al 18%.
  • Una propuesta de movilidad que permita reducir las partículas formadas por el transporte sobre las avenidas principales del estudio (Las Vegas y la calle 65 del sector San Germán) debe considerar estrategias específicas de control, seguridad, educación y cultura de movilidad.
  • Se requiere la financiación de estudios específicos que suministren información sobre el comportamiento y el efecto de las medidas de movilidad actuales, con validación de los diferentes indicadores propios de una región en desarrollo y potencialmente competitiva.
  • Es indispensable adelantar programas de concienciación dirigidos a los conductores, con el fin de dar a conocer la importancia que tienen los modos de conducción inadecuados sobre las emisiones vehiculares.
  • Todo los resultados alcanzados en este estudio aportan argumentos para pensar que la reducción en las concentraciones de las partículas respirables y las concentraciones de sulfatos son efecto de las medidas de prevención y control, ejecutadas por las autoridades con competencias ambientales y, en especial, por la política de mejoramiento de los combustibles en la región desde el 1º de enero de 2011, por Ecopetrol.
  • Es de esperar que la ciudad experimente una sana reducción de las concentraciones de partículas finas en el ambiente urbano, dada la importancia de los vehículos diésel en las emisiones. Pero este beneficio puede estar opacado si no se trabaja decisivamente en garantizar altas eficiencias de trabajo en los motores de los vehículos y en el desarrollo de prácticas operativas que eviten la inestabilidad y las bajas velocidades de giro de los motores.
  • Los lineamientos de gestión para el mejoramiento de la calidad del aire en la región deben estar enfocados en el desarrollo de campañas de educación tendientes a mejorar los patrones de conducción.





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