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NORMA TÉCNICA NTCCOLOMBIANA 3704

1995-08-23

GESTIÓN AMBIENTAL.AIRE AMBIENTE. DETERMINACIÓN DE LACONCENTRACIÓN DE PARTÍCULAS SUSPENDIDASEN EL AIRE AMBIENTE

E: ENVIRONMENTAL MANAGEMENT. AMBIENT AIR.DETERMINATION OF SUSPENDEND PARTICULATECONCETRATION IN THE AMBIENT AIR

CORRESPONDENCIA: esta norma es equivalente al CFR 40parte 50 Anexos B y J

DESCRIPTORES: gestión ambiental; aire ambiente;determinación de partículas

I.C.S: 13.040.20

Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Bogotá, D.C. - Tel. 6078888 - Fax 2221435

Prohibida su reproducción

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PRÓLOGO

El Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación, ICONTEC, es el organismo nacionalde normalización, según el Decreto 2269 de 1993.

ICONTEC es una entidad de carácter privado, sin ánimo de lucro, cuya Misión es fundamentalpara brindar soporte y desarrollo al productor y protección al consumidor. Colabora con el sectorgubernamental y apoya al sector privado del país, para lograr ventajas competitivas en losmercados interno y externo.

La representación de todos los sectores involucrados en el proceso de Normalización Técnicaestá garantizada por los Comités Técnicos y el período de Consulta Pública, este últimocaracterizado por la participación del público en general.

La NTC 3704 fue ratificada por el Consejo Directivo en 1995-08-23

Esta norma está sujeta a ser actualizada permanentemente con el objeto de que responda entodo momento a las necesidades y exigencias actuales.

A continuación se relacionan las empresas que colaboraron en el estudio de esta norma a travésde su participación en el Comité Técnico 000015 Gestión Ambiental. Aire.

ALPINA S. A. ANDI CERVECERÍA UNIÓNBASF QUÍMICA COLOMBIANACARVAJAL S. A.COLINAGRO S. A.ECOPETROL-ICP

EMPRESA DE ENERGÍA DE BOGOTÁINGEOMINASINTERCONEXIÓN ELÉCTRICA S. A.INTERCORLEVAPAN S. A.PROPAL S. A.

ICONTEC cuenta con un Centro de Información que pone a disposición de los interesadosnormas internacionales, regionales y nacionales.

DIRECCIÓN DE NORMALIZACIÓN

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NORMA TÉCNICA COLOMBIANA NTC 3704

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GESTIÓN AMBIENTAL.AIRE AMBIENTE. DETERMINACIÓN DE LA CONCENTRACIÓNDE PARTÍCULAS SUSPENDIDAS EN EL AIRE AMBIENTE

1. OBJETO

Esta norma tiene por objeto describir dos métodos para la determinación de la concentración delas partículas suspendidas en el aire ambiente (métodos Hi-Vol y PM10).

2. ALCANCE

El método de alto volumen (HiVol) provee una medida de la concentración másica del total departículas de materia suspendida (TSP), en el aire.

El método PM10 provee una medida de concentración másica de partículas con un diámetroaerodinámico menor o igual a un diámetro nominal de 10 micrómetros (PM10) en el aire ambiente,durante un período de 24 h.

En ambos métodos, el proceso de medición es no destructivo y la muestra puede someterse aanálisis físicos o químicos.

3. MÉTODO DE ALTO VOLUMEN

3.1 PRINCIPIO

Un muestreador de aire localizado apropiadamente en el sitio de muestreo, arrastra una cantidadmedida de aire ambiente a una caja de muestreo y a través de un filtro, durante un período demuestreo (nominal) de 24 h. La velocidad de flujo de muestreo y la geometría de la cajafavorecen la recolección de partículas hasta de 25 nm - 50 nm (diámetro aerodinámico),dependiendo de la velocidad y dirección del viento. Los filtros usados deben tener una eficienciamínima de recolección del 99 % para partículas de 0,3 mm (véase el método ASTM D 2986).

El filtro se pesa (después de equilibrar la humedad), antes y después de usarlo para determinarel peso (masa) neto ganado. El volumen total de aire muestreado, corregido a las condicionesestándar (25 °C, 101 kPa (760 mm Hg)), se determina a partir de la velocidad de flujo medida y eltiempo de muestreo. La concentración total de partículas suspendidas en el aire ambiente secalcula como la masa de partículas recolectadas, dividida por el volumen del aire muestreado,

corregida de acuerdo con las condiciones estándar y expresadas en µg/m3

estándar. Paramuestras recolectadas a temperaturas y presiones significativamente diferentes a las condiciones

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estándar, estas concentraciones medidas pueden diferir sustancialmente de las concentracionesreales, µg/m3 real, particularmente en alturas elevadas. La concentración real de partículaspuede calcularse a partir de la concentración medida usando la temperatura real y la presióndurante el período de muestreo.

3.2 INTERVALO

El intervalo aproximado de concentración del método es de 2 µg/m3 a 750 µg/m3. El límitesuperior se determina por el punto en el cual la muestra no puede mantener la velocidad de flujoespecificada debido a que la presión disminuye en el filtro cargado. Este punto se afecta por ladistribución y tamaño de las partículas, el contenido de humedad de las partículas recogidas y lavariabilidad entre los filtros, entre otras cosas. El límite inferior se determina por la sensibilidad dela balanza y por las fuentes de error.

A velocidades del viento entre 1,3 m/s y 4,5 m/s, se ha encontrado que el muestreador de aire dealto volumen recoge partículas de 25 nm a 50 nm, dependiendo de la dirección y de la velocidaddel viento.

3.3 PRECISIÓN Y EXACTITUD

El coeficiente de variación, para la precisión de un único analista (repetibilidad), del método esdel 3 %. El valor correspondiente para precisión interlaboratorio (reproducibilidad) es de 3,7 %.

La exactitud absoluta del método es indefinida debido a la naturaleza compleja del material enforma de partículas en la atmósfera y a la dificultad de determinar la concentración "real" de éste.

3.4 FUENTES INHERENTES DE ERROR

3.4.1 Variación del flujo de aire El peso del material recogido sobre el filtro representa la suma (integrada) del producto de lavelocidad de flujo instantánea por la concentración de partículas instantánea. Por lo tanto,dividiendo este peso por el flujo promedio sobre el período de muestreo se obtiene laconcentración de material en partículas real únicamente cuando la velocidad de flujo esconstante durante el período. El error resultante debido a una velocidad de flujo no constantedepende de la magnitud de los cambios instantáneos en la velocidad de flujo y en laconcentración de partículas. Normalmente los errores no son grandes, pero pueden serreducidos equipando al muestreador con mecanismos de control automático de flujo que lomantiene constante durante el período de muestreo. Se recomienda el uso de un control de flujo,ya que en altitudes elevadas, la efectividad de los controladores de flujo automático puede

reducirse a causa de una disminución en el máximo flujo de muestreo.

3.4.2 Medición del volumen de aire

Si la velocidad de flujo cambia sustancialmente o no uniformemente durante el período demuestreo, pueden resultar errores apreciables en la estimación del volumen de aire causado porel uso de la velocidad de flujo promedio del premuestreo y el postmuestreo. La medición exactade grandes volúmenes de aire puede lograrse:

a) Equipando el muestreador con mecanismos de control de flujo que mantienen flujoconstante de aire durante el período de muestreo.

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b) Usando un dispositivo calibrado de registro continuo para registrar la velocidad deflujo durante el período de muestreo.

c) Cualquier otro medio que mida exactamente el volumen total del aire muestreadodurante todo el período. Se recomienda usar el registrador continuo de flujo si el

muestreador no está equipado con un controlador de flujo.

3.4.3 Pérdida de partículas volátiles

Las partículas volátiles recogidas sobre el filtro se pueden perder durante el muestreosubsiguiente o durante el transporte o almacenamiento del filtro previo al pesaje postmuestreo. Aunque las pérdidas son inevitables, el filtro debe ser repesado tan pronto como el muestreo searealizado.

3.4.4 Material particulado del aparato

Puede formarse material particulado sobre la superficie de filtros de fibra de vidrio alcalina poroxidación de gases ácidos en el aire muestreado, resultando en una determinación de TSPmayor que la real. Este efecto usualmente sucede al principio del período de muestreo y es unafunción del pH y de la presencia de gases ácidos. Esto puede explicar el pequeño porcentaje deganancia de peso del filtro, pero el efecto puede volverse más significativo si se recolectanpartículas pesadas relativamente pequeñas.

3.4.5 Humedad

Los filtros de fibra de vidrio son comparativamente insensibles a cambios de la humedad relativa,pero el material particulado recogido puede ser higroscópico.

El procedimiento para acondicionar la humedad minimiza pero no elimina completamente el errordebido a la humedad.

3.4.6 Manejo del filtro

Es necesario manipular cuidadosamente el filtro entre los pesajes de la pre y postmuestra paraevitar errores debido a la pérdida de fibras o partículas desde el filtro. Un portafiltro de papelpuede usarse para proteger el filtro y minimizar los errores en el manejo.

3.4.7 Material particulado extraño (no muestreado)

Se pueden depositar partículas en el filtro por el viento, mientras el muestreador no estáfuncionando. Se recomienda que los errores de este tipo se hagan mínimos con un dispositivomecánico automático que cubra el filtro durante los períodos en que no hay muestreo, o por lainstalación y retiro oportunos del filtro para minimizar errores en los períodos de no muestreo.

3.4.8 Errores en la medición del tiempo

Los muestreadores generalmente son controlados por un reloj que arranca y para el muestreo enla noche. Errores en el período nominal de muestreo de 1 440 min pueden resultar de unainterrupción de potencia durante el período de muestreo o por una discrepancia entre el tiempode inicio y de parada registrado en el informe del filtro y el inicio actual o tiempo de parada delmuestreador. Tales discrepancias pueden ser causadas por una mala resolución de los puntos

de ajuste del reloj, por un error en el reloj debido a la interrupción de energía o por desajuste delreloj, o por mal funcionamiento de éste.

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En general, los relojes digitales electrónicos tienen una mejor resolución del punto de ajuste quelos relojes mecánicos, pero requieren de un sistema de baterías auxiliar para mantener laoperación continua durante una interrupción de energía. Se recomienda utilizar un registrador deflujo continuo o un indicador de tiempo transcurrido de muestreo, así como un indicador decualquier interrupción de potencia durante el período de muestreo.

3.4.9 Recirculación de escapes del muestreador

Bajo condiciones de viento estancado, el aire que se escapa del muestreador puederemuestrearse. Este efecto no parece afectar sustancialmente la medición de TSP, pero puederesultar un incremento de carbón y cobre en la muestra colectada. Este problema puedereducirse conduciendo el aire escapado lejos, preferiblemente contraviento del muestreador.

3.5 EQUIPOS

3.5.1 Filtro

a) Tamaño: 20,3 cm, 0,2 cm nominal

25,4 cm, 0,2 cm

b) Área nominal expuesta: 406,5 cm2

c) Material: fibra de vidrio u otro material relativamente inerte y no higroscópico.

d) Eficiencia de la retención: 99 % mínimo, medida por el método de ensayo ASTM D 2986 (DOP) para partículas de 0,3 mm de diámetro.

e) Intervalo de caída de presión recomendado: de 5,6 kPa (42 mm Hg) a 7,2 kPa(54 mm Hg), a velocidad normal de flujo de 1,5 m3/min, a través del área nominalexpuesta.

f) pH: de 6 - 10

g) Integridad: 2,4 mg como máxima pérdida de peso.

h) Perforaciones: ninguna

i) Resistencia al rasgado: mínimo 500 g para tiras de filtro de 20 mm de ancho,

cortadas en el sentido de la dimensión de menor resistencia (Véase la norma ASTM D 828-93).

j) Fragilidad: cuando se hace un doblez longitudinal no debe presentarse rajadura oseparación del material.

3.5.2 Muestreador

Es el equipo que aspira la muestra a presión reducida y la pasa a través del filtro con velocidadtransversal uniforme.

El muestreador debe estar provisto de los medios apropiados para:

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a) Que el filtro encaje y selle la cuna del muestreador

b) Permitir el cambio fácil y apropiado del filtro

c) Evitar las fugas causantes de error en la medida del volumen de aire que pasa por

el filtro.

d) Ajustar manualmente la velocidad de flujo con el objeto de corregir las variacionesde la caída de presión del filtro, de la caída de voltaje de la línea y la altitud dellugar. El ajuste puede efectuarse por medio de un dispositivo de controlautomático de flujo o por un sistema manual de ajuste, debe estar diseñado conretenes positivos u otro medio que evite los cambios no intencionales del montaje.

Para filtraciones con carga pesada, la velocidad mínima de flujo de la muestra debe ser de1,1 m3/min.

Para filtraciones con el filtro limpio, la velocidad máxima de flujo debe ser de 1,7 m3/min.

Las dos anteriores especificaciones se refieren a unidades de volumen de aire real. Paraconvertir a unidades de volumen a condiciones estándar se multiplican las especificaciones por(Pb/P(std)) (298/T) donde Pb y T son la presión barométrica en kPa (mm Hg) y la temperatura en Ken el muestreador y P(std) es 101,3 kPa (760 mm Hg).

El motor del ventilador debe ser capaz de operar continuamente por períodos de 24 h.

3.5.3 Cubierta del muestreador

3.5.3.1 La cubierta del muestreador debe:

a) Mantener el filtro en posición horizontal por lo menos a un metro por encima de lasuperficie de soporte del muestreador, para que la muestra de aire sea aspiradaverticalmente hacia abajo, a través del filtro.

b) Ser rectangular en forma de tejado de caballete similar al diseño mostrado en laFigura 1.

c) Cubrir y proteger el filtro y el muestreador de la lluvia y otros efectos perturbadoresdel muestreo.

d) Tener el escape o descarga de aire por lo menos a 40 cm de la entrada de lamuestra.

e) Estar diseñado para evitar la contaminación de la muestra con el polvo que sedeposita en las superficies de soporte del muestreador; debe tener incorporado untabique o lámina de desviación entre la salida o descarga y las superficies desoporte.

3.5.3.2 La cubierta o caballete debe sobresalir horizontalmente un poco por encima de laestructura del muestreador, tal como se observa en la Figura 1 y estar montada dejando una

abertura de entrada de aire entre la cubierta y la paredes del muestreador. Esta entrada demuestra de aire debe ser aproximadamente uniforme en todos los lados del muestreador. El área

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de entrada de la muestra de aire debe tener una extensión tal que la velocidad lineal de capturade partículas permanezca dentro del intervalo de 20 cm/s a 35 cm/s, manteniendo lasvelocidades de flujo operacionalmente recomendadas. La velocidad de captura se obtiene dedividir la velocidad de flujo de la muestra de aire por el área de la sección horizontal, tomada enel borde inferior de la cubierta. Idealmente, el área de entrada y la velocidad operacional de flujo

deben escogerse para obtener una velocidad de captura de 25 cm/s ± 2 cm/s.

Figura 1. Muestreador Hi-vol en su caja

3.5.4 Instrumentos para medición de flujo

3.5.4.1 Los muestreadores deben tener incorporado un sistema de medida de velocidad de flujocon la capacidad de indicar la velocidad de flujo total. Dos tipos comunes de indicadores de flujoutilizados en la calibración son el medidor de flujo de masa electrónico y un orificio u orificios en

la corriente de aire muestreada con un indicador de presión adecuado, tal como un manómetro oun calibrador de presión (anemómetro). Se puede usar un registrador de presión con un orificiopara proveer un registro continuo de flujo. También son aceptables otros tipos de indicadores deflujo incluyendo rotámetros que tengan una presión y exactitud comparables.

3.5.4.2 Los instrumentos de medida de velocidad de flujo deben ser calibrables y sus escalas delectura graduadas en unidades de velocidad de flujo y con la amplitud suficiente para garantizarlecturas próximas a 0,02 m3/min en el intervalo de 1,0 m3/min estándar a 1,8 m3/min estándar.

3.5.5 Termómetro

Para la aplicación de correcciones de temperaturas en las mediciones de velocidad de flujo

mediante uso de orificios.

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Intervalos de temperatura de - 40 oC a 50 oC (233 K - 323 K)

Resolución: 2 oC (2 K)

Nota: dependiendo de las condiciones de la zona se utiliza un termómetro con un límite inferior adecuado.

3.5.6 Barómetro

Para la aplicación de corrección de presión cuando se mide velocidad de flujo mediante el uso deun orificio.

Intervalo: entre 66 kPa y 106 kPa (500 mm Hg y 800 mm Hg)

Resolución: 0,67 kPa (5 mm Hg)

3.5.7 Dispositivo de control de tiempo

El dispositivo de control de tiempo debe ser capaz de iniciar y parar el muestreador para obtenerun tiempo transcurrido de 24 h ± 1 h (1 440 min ± 60 min).

Exactitud del ajuste de tiempo: 30 min o mejor.

3.5.8 Velocidad de flujo normal transferible, rastreable hasta llegar a un estándarprimario

Rango aproximado: De 1,0 m3/min a 1,8 m3/min

Resolución: 0,02 m3/min

Reproducibilidad: 2 % (2 veces el coeficiente de variación), sobre intervalos normales detemperatura ambiente y presión para el intervalo de velocidad de flujo.

Caída de presión máxima a 1,7 m3/min estándar: 5 kPa (0,037 5 mm Hg)

La velocidad de flujo de transferencia normal debe conectarse sin escapes al interior delmuestreador y medir la velocidad de flujo de la muestra total de aire.

La velocidad de flujo de transferencia normal debe incluir un medio para variar la velocidad deflujo del muestreador en un intervalo de 1,0 m3/min y 1,8 m3/min, mediante la introducción devarios niveles de resistencia de flujo entre el muestreador y la admisión de transferencia normal.

El tipo convencional de transferencia de flujo normal consta de: un orificio con adaptador queconecte a la entrada del muestreador, un manómetro u otro instrumento para medir la caída depresión del orificio, un medio para variar el flujo a través de la unidad de muestreo, un termómetropara medir la temperatura ambiente y un barómetro para medir la presión del ambiente. Dos deestos instrumentos se muestran en las Figuras 2a y 2b. La Figura 2a muestra platos deresistencia fija múltiple, los cuales necesitan desensamblarse de la unidad cada vez que secambia la resistencia del flujo. Un mejor diseño se presenta en la Figura 2b, tiene una restricciónde flujo variable que puede ajustarse externamente sin desensamblar la unidad.

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Figura 2. Diferentes tipos de transmisores de flujo normalizados. Observe que todos los dispositivos,son diseñados para ser montados en el área de entrada del filtro del muestreador

3.5.9 Acondicionamiento del filtro al ambiente

La temperatura debe controlarse entre 15 oC y 30 oC con una variación de 3 oC, durante elperíodo de equilibrio.

La humedad debe controlarse en menos de 50 % de la humedad relativa, constante dentro de 5 %.

3.5.10 Balanza analítica

Sensibilidad: 0,1 mg

Cámara de pesaje diseñada para aceptar un filtro desdoblado de 20,3 cm x 25,4 cm.

3.5.11 Dispositivo de trasluz para inspección de filtros

Similar a un visor de película de rayos X, para filtros de luz para inspección visual.

3.6 PROCEDIMIENTO

3.6.1 Se debe enumerar cada filtro si no lo está, antes de su acondicionamiento.

3.6.2 Se inspecciona a trasluz cada filtro para detectar huecos, partículas y otrasimperfecciones. Los filtros con imperfecciones visibles no deben usarse.

3.6.3 Se debe equilibrar cada filtro a las condiciones ambientales por lo menos durante 24 h.

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3.6.4 Una vez equilibrado, se pesa cada filtro con precisión al miligramo y se registra su pesotara (Wi) con el número de identificación del filtro.

3.6.5 No se debe inclinar o doblar el filtro antes de recolectar la muestra.

3.6.6 Se debe abrir la cubierta e instalar un filtro prepesado y numerado en el muestreador, duranteclimas inclementes, se deben tomar precauciones, mientras se cambian los filtros, para prevenirdaños en el filtro limpio y que se pierda la muestra en el filtro usado. Los portafiltros pueden sercargados y descargados en el laboratorio, pueden utilizarse para minimizar este problema.

3.6.7 Se debe cerrar la cubierta y correr la muestra por al menos 5 min para estabilizar lascondiciones de temperatura de la corrida.

3.6.8 Se debe registrar la lectura del indicador de flujo, y si es necesario, la presión barométricay la temperatura ambiente. Se debe parar el muestreador. Se debe determinar la velocidad deflujo del muestreador, si está por fuera del rango aceptable del (1,1 m3/min a 1,7 m3/min), se debeusar un filtro diferente, o ajustar la velocidad de flujo del muestreador.

Advertencia: los ajustes significativos de la velocidad de flujo pueden afectar la calibración de losindicadores de flujo, tipo orificio, y pueden necesitar recalibración.

3.6.9 Se debe registrar la información de identificación del muestreador (número de filtro,localización o número de identificación, fecha de la muestra y tiempo de inicio).

3.6.10 Se debe ajustar el reloj al inicio y parar el muestreador una vez que éste recorra 24 h

3.6.11 Tan pronto como sea el período de muestreo siguiente, se debe hacer correr elmuestreador por al menos 5 min para establecer las condiciones de temperatura de la corrida.

3.6.12 Se debe registrar la lectura del indicador de flujo, y si es necesario, la presión barométrica(P3) y la temperatura ambiente (T3).

Nota. No se necesitan las medidas de temperatura o presión, si el indicador de flujo del muestrador no requierecorrecciones de temperatura o presión (por ejemplo, un medidor de flujo másico), o si la presión barométrica y latemperatura promedio del ambiente son incorporadas en la calibración del muestreador (véase el numeral 5.). Paracorrecciones individuales de temperatura y presión, se pueden obtener la presión y temperaturas del ambiente pormediciones en el sitio o en una estación climática cercana. Las lecturas barométricas de presión obtenidas enaeropuertos, no corregidas al nivel del mar puede ser necesario corregirlas por diferencias en la elevación del sitio demuestreo y el aeropuerto. Para mestreadores que tengan registradores de flujo pero que no tengan controladores deflujo constante, la temperatura promedio y la presión en el sitio durante el muestreo debe estimarse desde el serviciometereológico u otro dato variable.

3.6.13 Se debe parar el muestreador y remover cuidadosamente el filtro, y se revisa siguiendolas instrucciones del fabricante. Se toman los extremos del filtro (Véanse las precauciones en elnumeral 3.4.6). que no tengan deterioro (ruptura) y se retira cuidadosamente todo elementoextraño que no constituya material particulado (insectos, hojas, etc).

3.6.14 Se dobla el filtro por la mitad, de tal manera que sólo las superficies con materialparticulado recogido estén en contacto y retenidas en el filtro, (se envuelve en papel transparenteo en un sobre de manila).

3.6.15 Se registra el tiempo de finalización o tiempo transcurrido durante el registro de la

información del filtro, o desde la parada del punto de ajuste, desde el tiempo transcurrido en el

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indicador o desde el registro de flujo continuo. El período de muestreo debe ser de 1 440 min ±60 min válido para una muestra.

3.6.16 Se registra sobre el filtro la información obtenida y cualquier otro factor, tales comocondiciones metereológicas, actividades de la construcción, fuego o tormentas de polvo, etc., que

pueda ser pertinente a la medida. Si se sabe que la muestra es defectuosa, se debe invalidar.

3.6.17 Se debe equilibrar el filtro expuesto a las condiciones del medio ambiente durante por lomenos 24 h, según lo descrito en el numeral 3.5.9.

3.6.18 Inmediatamente después del equilibrio, se repesa el filtro al miligramo más cercano y seregistra el peso total con el número de identificación del filtro. (Véase el numeral 3.8 para elcálculo de la concentración de TSP (Partículas suspendidas totales)).

3.6.19 Los filtros con sus pesos finales se pueden guardar de manera apropiada por espacio deun año para la realización de análisis posteriores.

3.7 CALIBRACIÓN

3.7.1 La calibración del indicador de flujo del muestreador de alto volumen o del sistema decontrol es necesaria para establecer la comparación de las mediciones de campo con relación aun estándar primario mediante un patrón de transferencia de velocidad de flujo. La Figura 3amuestra la calibración del patrón de transferencia de velocidad de flujo y la Figura 3b muestra suuso en la calibración del indicador de flujo del muestreador. La determinación de las velocidadesde flujo corregidas del muestreador como se indica en la Figura 3c, se tratará en el numeral 3.8.1.

Nota. El siguiente procedimiento de calibración se aplica a un dispositivo patrón de transferencia de flujo convencional,tipo orificio. Otros tipos de patrón de transferencia se pueden utilizar si el fabricante o usuario provee un procedimiento

de calibración apropiado que haya sido aprobado por la autoridad ambiental competente.

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Figura 3. Ilustración de los tres pasos en los procesos de medición de flujo

3.7.2 Certificación de los patrones de transferencia de flujo

3.7.2.1 Equipo requerido: El medidor de volumen patrón de desplazamiento positivo, trazeablecon el del Centro Nacional de Metrología o patrones reconocidos por éste, cronómetro,manómetro, termómetro y barómetro.

3.7.2.2 Se conecta el patrón de transferencia de flujo al interior del medidor patrón de volumen.Se conecta el monómetro para medir la presión en la entrada del medidor de volumen patrón. Seconecta el manómetro de orificio a la llave de presión sobre el patrón de transferencia. Seconecta una bomba de aire de alto volumen (como un ventilador muestreador de alto volumen) ala salida del medidor de volumen patrón. (Véase la Figura 3).

3.7.2.3 Se chequean las fugas apretando temporalmente ambas líneas del manómetro (paraevitar pérdida del fluido), y bloqueando el orificio con un tapón de caucho de diámetro grande,cinta ancha de celofán u otro dispositivo apropiado. Se enciende la bomba de alto volumen y seadvierte cualquier cambio en la lectura del medidor de volumen patrón. La lectura debepermanecer constante. Si la lectura cambia, se localiza cualquier fuga, escuchando un silbido

muy suave y/o apretando todas las conexiones, asegurándose que todos los empaques esténcorrectamente instalados.

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3.7.2.4 Después de comprobar que no haya fugas como se describió anteriormente, se quita lapresión aflojando ambas líneas del manómetro y se coloca en cero ambos manómetros.

3.7.2.5 Se obtiene la velocidad de flujo adecuada en todo el sistema, por medio de la resistenciadel flujo variable en el patrón de transferencia o variando el voltaje de la bomba de aire. El uso de

platillos de resistencia como se muestra en la Figura 2a es dispendioso porque el chequeo debeser repetido cada vez que se instala un nuevo platillo. Se requieren al menos 5 tasas de flujodiferentes pero constantes, igualmente distribuidas, con por lo menos tres en el intervalo de tasade flujo especificado (1,1 m3/min a 1,7 m3/min).

3.7.2.6 Se miden y registran los datos de certificación en un formato similar al ilustrado en laFigura 4 de acuerdo con los siguientes pasos.

3.7.2.7 Se observa la presión barométrica y se registra como p1 (item 8 en la Figura 4).

3.7.2.8 Se lee la temperatura ambiente en los alrededores del medidor de volumen estándar y seregistra como T1 (Ítem 9 en la Figura 4).

3.7.2.9 Se enciende el ventilador del motor, se ajusta el flujo y se deja correr el sistema por lomenos un minuto hasta conseguir que la velocidad del motor sea constante.

3.7.2.10 Se observan las lecturas del medidor de volumen patrón y simultáneamente se daarranque al cronómetro. Se registra la lectura inicial del medidor (Vi) en la columna 1 de laFigura 4.

3.7.2.11 Se mantiene esta tasa de flujo constante hasta que por lo menos 3.0 m3 de aire hayanpasado a través del medidor de volumen estándar. Se registra la lectura de presión delmanómetro a la entrada del medidor como ?P (columna 5 de la Figura 4) y la lectura del

manómetro de orificio como?

H (columna 7 en la Figura 4). Se asegura que se indiquen lasunidades correctas de medición.

3.7.2.12 Después de que por lo menos 3.0 m3 de aire hayan pasado a través del sistema, seobservan las lecturas del medidor de volumen patrón y se para simultáneamente el cronómetro.Se registra la lectura final del medidor (Vf ) en la columna 2 y el tiempo transcurrido (t) en lacolumna 3 del formato de la Figura 4.

3.7.2.13 Se calcula el volumen medido por el medidor de volumen patrón a las condiciones detemperatura y presión del medidor como Vm = Vf - Vi. Se registra en la columna 4, del formato dela Figura 4.

3.7.2.14 Se corrige este volumen al volumen estándar (m3

estándar) como sigue:

T

T

P

P - P V =V

1

(std)

(std)

1m(std) x

∆

Donde:

V (std) = volumen normal, m3 estándar

V m = volumen real medido por el medidor patrón de volumen

P 1 = presión barométrica durante la calibración, mm Hg o kPa

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∆ P = presión diferencial desde la entrada hasta el medidor de volumen, mm Hgo kPa

P(std) = 760 mm Hg o 101 kPa

T (std) = 298 K

T 1 = temperatura ambiente durante la calibración, K

Calcular la velocidad de flujo normal como sigue:

t

V =Q

(std)(std)

Donde:

Q(std) = velocidad normal de flujo volumétrico, std m3/min

t = tiempo transcurrido, minutos

Se registra el Q(std) más aproximado a 0,01 m3 estándar/min en la columna 6 de la Figura 4.

3.7.2.15 Se repiten los pasos 3.7.2.9 a 3.7.2.14 para obtener al menos 4 constantes adicionalesde velocidad de flujo igualmente espaciadas en un rango aproximado entre 1,0 y 1,8 m3 estándar/min.

3.7.2.16 Calcule para cada flujo:

( )( )( )11 298 T / P / P H std ∆

(columna 7a de la Figura 4) y dibuje este valor contra Q (std) como se muestra en Figura 3a. Seasegura el uso de unidades consistentes (mm Hg o kPa) para presión barométrica. Se dibuja lacurva de calibración estándar del orificio de transferencia o calcule la pendiente (m) y elintercepto (b) de la curva de certificación, por el método de mínimos cuadrados.

( ) ( ) ( ) bQmT / P / P H std ) std ( +=11 298∆

Véanse las Figuras 3 y 4. El gráfico de calibración debe ser leíble a 0,02 m3 estándar/min.

3.7.2.17 Se recalibra el dispositivo patrón de transferencia anualmente o cuando sea necesariopor los procedimientos aplicables de control de calidad.

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ORIFICIO TRANSMISOR NORMAL HOJA DE CERTIFICACIÓN

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

CorridaNo.

Lectura inicialdel medidor

Vf (m3)

Lectura finaldel medidor

Vf (m3)

Tiempo demuestreo

t(min)

Medición devolumen

Vm (m3)

Pres. diferencial(entrada medidor

volumen)P

(mm Hg o kPa)

(X)Rata de flujo

Qstd (std m3 /min)

Caída de presión a travésorificio

∆H

(pulg) ó (cm)

de agua

(Y)

)Y

298 )( P

P H(

1STD

1∆

1

2

3

4

5

6

Figura 4. Ejemplo de una hoja de trabajo para certificación de orificio transmisor normal.

Continúa . . .

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DATOS RÉCORD DE CALIBRACIÓN

Volumen normal No. _____________________________________________________________________Tipo de transmisor normal

Orificio OtroModelo No. ________ Serie No. _________

(8) P1 __________________________ mmHg (o kPa) (10) Pstd: 760 mmHg (ó 101 kPa)(9) T1 ___________________________K (11) Tstd: 298 K

Calibración desarrolla por: _________________________________________________________________Fecha : ______________________________

CÁLCULOS DE ECUACIONES

V m = V f - V i

)T

T )(

P

P - P ( V =V

1

std

std

1m std

∆

t

V =Q std std

CÁLCULO MÍNIMOS CUADRADOS

Ecuación de regresión lineal (Y = mX + b)

+b std Q= )T

298 )(

P

P H(

1 std

1∆

de sobre X= Qstd para orificios de calibración unitaria (p.e.,

)

T

298 )(

P

P H( =Y

1 std

2∆

Pendiente: _________________Intercepto _______________Coeficiente de correlación _____________________ A usar para las subsecuentes calibraciones:

b)- )T

298 )(

P

P H( (

m

1=Qb);-(y

m

1= X

2 std

2 std ∆

8

Figura 4. (Final)

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16

3.7.3 Calibración del indicador de flujo del muestreador

Nota. Para muestreadores equipados con el sistema de controlador de flujo, éste debe estar inhabilitado para permitirlos cambios de flujo durante la calibración del indicador de flujo, de lo contrario se puede utilizar la calibración alterna

del controlador, descrita en el numeral 5.4. Para muestreadores que utilicen indicadores de flujo de tipo orificio a lasalida del motor, la tasa de flujo no varía al ajustar el voltaje o el suministro de corriente al muestreador.

3.7.3.1 Un formato similar al mostrado en la Figura 5 se debe utilizar para registrar los datos decalibración.

3.7.3.2 Se conecta el dispositivo patrón de transferencia a la entrada del muestreador. Seconecta el manómetro del orificio a la llave de presión del orificio como se ilustra en la Figura 3b.Se verifica que no hayan fugas en el orificio y el muestreador.

3.7.3.3 Se opera el muestreador por lo menos 5 minutos para establecer el equilibrio térmico

previo a la calibración.

3.7.3.4 Se mida y registra la temperatura ambiente, T2 y la presión barométrica P2 durante lacalibración.

3.7.3.5 Se ajustan las resistencias variables o, si es el caso, se insertan los platillos apropiadosde resistencia (o ningún platillo) para alcanzar la velocidad de flujo deseada.

3.7.3.6 Se deja funcionar el muestreador por lo menos 2 minutos para reestablecer lascondiciones de temperatura. Se lee y registra la caída de presión a través del orificio (H) y laindicación de velocidad de flujo (I) en la columna apropiada de la Figura 5.

3.7.3.7 Se calcula

( )( )22 298 T / P / P H ) std ( ∆

y se determina la velocidad de flujo a condiciones normales Q(std) gráficamente de la curva decertificación o calculando Q(std) de la pendiente y el intercepto, por el método de mínimoscuadrados, de la curva estándar de certificación transpuesta:

( )( )[ ]bT / P / P H m / ) std ( ) std ( Q −= 22 2981 ∆

Se registra el valor de Q(std) en la Figura 5.

3.7.3.8 Se repiten los pasos 3.7.3.5, 3.7.3.6 y 3.7.3.7 para las diferentes velocidades de flujoadicionales distribuidas en un intervalo entre 1,1 std m3/min y 1,7 std m3/min.

3.7.3.9 Se determina la curva de calibración graficando los valores de la expresión que involucra Iseleccionada de la Tabla 1, contra Q(std). La escogencia de la expresión de la Tabla 1, dependedel sistema de medición de la velocidad de flujo utilizado,(véase el numeral 3.4.1) y también si se

ha incorporado a la curva el promedio de la presión barométrica del sitio geográfico (Pa) y latemperatura promedio del sitio (Ta) para aproximar la presión y temperatura reales. Donde Pa y Ta pueden determinarse para un sitio y período del año de tal forma que la presión barométrica y la

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temperatura real del sitio no tenga variaciones mayores de 8 kPa (60 mm Hg) para Pa, y 15oC

para Ta respectivamente, entonces usando Pa y Ta, se evitan los cálculos subsecuentes depresión y temperatura, cuando se utiliza el muestreador. El promedio geográfico de presiónbarométrica puede estimarse en una tabla de presiones-alturas o haciendo una correcciónaproximada por elevación de 3,46 kPa (26 mm Hg) por cada 305 m sobre el nivel del mar

(760 mm Hg o 101 kPa). El promedio de temperatura del sitio puede ser consultado en unaestación meteorológica o por registros. Verificar el uso de unidades consistentes para la presiónbarométrica.

3.7.3.10 Se dibuja la curva de calibración del muestreador o se calcula por el método de mínimoscuadrados la pendiente (m), el intercepto (b) y el coeficiente de correlación de la curva decalibración:

[Expresiones de la Tabla 1] = mQ(std) + b. Véanse las Figuras 3 y 5. La curva de calibración debeser leíble a 0,02 m3/min std.

3.7.3.11 Para muestreadores equipados con controlador de flujo, el mecanismo de control de

flujo debe ser rehabilitado y puesto a un flujo cercano al límite más bajo para permitir el intervalomáximo de control.

La velocidad de flujo de la muestra debe verificarse instalado en este momento. Posteriormentese adicionan dos o más filtros al muestreador para ver si el controlador de flujo mantiene el flujoconstante. Esto es particularmente importante para grandes alturas donde el intervalo delcontrolador se podría reducir.

3.7.4 Calibración alterna de muestreadores con flujo controlado

Un muestreador con velocidad de flujo controlado puede calibrarse sólo a su velocidad de flujocontrolado con la condición de que el registro previo a la operación del muestreador demuestreque la velocidad de flujo es estable y confiable. En este caso, el indicador de flujo puedepermanecer descalibrado pero debe ser usado para que indique cualquier cambio relativo entreel flujo inicial y el final.

Además, el muestreador debe ser recalibrado con mayor frecuencia para minimizar pérdidaspotenciales de muestreo por un incorrecto funcionamiento del controlador.

3.7.4.1 Se gradúa el controlador a un flujo cercano al límite más bajo del intervalo de flujo parapermitir un intervalo máximo de control.

3.7.4.2 Se instala un filtro limpio en el muestreador y se llevan a cabo los pasos 3.7.3.2, 3.7.3.3,

3.7.3.4, 3.7.3.6 y 3.7.3.7.

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MUESTREADOR DE AIRE HI VOL HOJA DE CALIBRACIÓN

Localización _____________________________________________________________________________Fecha ______________________________________________________________ Presión Barométrica P2 mm Hg (ó kPa) __________________________________________________Calibrado por ______________________________________________________ Temperatura, T2 (K) ____________________________________________________________________Muestreador No. ____________________________________________________ Serie No. ____________________________________________________________________________ Tipo de transmisor normal __________________________________________ Serie No. ______________________________________________________________________________

Pstd = 760 mm Hg (ó 101 kPa)

Opcional Promedio de presión barométrica Pa =Temperatura promedio estacional Ta =

Para presión específica ycorreciones de temperatura.

(Véase la Tabla 1)

Para incorporación depresiones promedio y

temperaturas estacionalespromedio (véase la Tabla 1)

No.

Caída de presióna través orificio

?H

(pulg) ó (cm)de agua

)T

298 )(

P

P H(

2 std

2∆

(X)Q std

(Certificación delorificio)

std m3/min

IMuestreador de flujorata de indicación.

(arbitrariamente) )T

298 )(

P

P I(

2 std

2

)T

298 )(

P

P ( I

2 std

2

)T

T )(

P

P I(

2

a

a

2

)T

T )(

P

P ( I

2

a

a

2

1

2

3

4

Continúa . . .

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CÁLCULO MÍNIMOS CUADRADOS

Regresión lineal de Y en X: Y = mX + b; Y = expresión apropiada de la Tabla 1; X= Qstd Pendiente (m): _________________ Intercepto (b) = _______________ Coeficiente de correlación (r) = ________________________

Para determinar las subsecuentes ratas de flujo durante el uso:

b]-tabla1)ladeapropiadan[(expresióm1=Qb);-(y

m1= X std

Figura 5. Ejemplo de una hoja de calibración para muestreadores hi-vol

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Tabla 1. Expresiones para muestreadores trazadores de curvas de calibración

Expresiones

Tipo de muestreador de rata de flujo,dispositivo de medición

Correcciones para presión ytemperatura actuales

Para incorporación depromedios geográficos depresión y promedios

Medidor de flujo de masa I I

Indicador de orificio y presión

2

2 298

T P

P I

std

2

2

T

T

P

P I a

a

Rotámetro o medidor de orificio ypresión con un registrador que tieneuna escala de raíz cuadrada*

2

2 298

T P

P I I

std

2

2

T

T

P

P I I a

a

* Esta escala es reorganizable, por sus divisiones no uniformes y es la más comúnmente disponible paramuestreadores Hi-Vol.

3.8 CÁLCULO DE LA CONCENTRACIÓN TSP

3.8.1 Se determina el promedio de la velocidad de flujo durante el período de muestreo, deacuerdo con lo establecido los numerales 3.8.1.1 ó 3.8.1.2.

3.8.1.1 Para muestras fuera del flujo continuo del registrador, se determina la expresiónapropiada de la Tabla 2, correspondiente a la Tabla 1, usada en el paso 3.7.3.9. Usando estaexpresión apropiada, se determina Q(std) para la velocidad de flujo inicial, según la curva decalibración o gráficamente, según la ecuación de regresión transpuesta.

Q(std) = 1/m([expresión apropiada de la Tabla 2] – b)

En forma similar, se determina Q(std) , según el flujo final registrado y se calcula el flujo promedio

Q(std) como un promedio de la suma de la velocidad de flujo inicial y final.3.8.1.2 Para un muestreador con un registrador de flujo continuo, se determina la lectura delinstrumento de la velocidad de flujo promedio, I, para el período. Se determina la expresiónapropiada de la Tabla 2, correspondiente a la Tabla 1, usada en el paso 3.7.3.9. Cuando se useesta expresión y el promedio de la velocidad de flujo registrada, se determina Q(std) de la curva decalibración o gráficamente, según la ecuación de regresión transpuesta:

Q(std) = 1/m([expresión apropiada según la Tabla 2] - b)

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21

Si la señal presenta un cambio fuerte de flujo durante el período de muestreo, se obtiene mayorprecisión dividiendo el período de muestreo en intervalos y calculando una lectura promediodespués de determinar Q(std).

Tabla 2. Expresiones para determinar la rata de flujo durante la operación de muestreo

Expresiones

Tipo de muestreador de rata deflujo, dispositivo de medición

Correcciones para presión ytemperatura actuales

Para uso cuando el promediogeográfico de presión y promediosde temperatura estacional hayansido incorporados dentro de lacalibración del muestreador

Medidor de flujo de masa I I

Indicador de orificio y presión

2

2 298

T P

P I

std

I

Rotámetro o medidor de orificio ypresión con un registrador quetiene una escala de raízcuadrada*

2

2 298

T P

P I I

std

I

* Esta escala es reorganizable, por sus divisiones no uniformes y es la más comúnmente disponible paramuestreadores Hi-Vol.

3.8.2 Se calcula el volumen total de aire muestreado como:

V = Q(std) x t

Donde:

V = volumen total de aire muestreado, en unidades de volumen, m3 std

Q(std) = velocidad de flujo normal promedio, m3/min std

t = tiempo de muestreo, min

3.8.3 Se calcula y se reporta la concentración de material particulado como:

( )V

xW W TSP

i f 6

10−=

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22

Donde:

TSP = concentración másica del material particulado suspendido, g/m3 std

W i = peso inicial del filtro limpio, g

W f = peso final del filtro expuesto, g

V = volumen de aire muestreado, convertido a condiciones normales, m3 estándar

106 = conversión de g a µg.

3.8.4 Si se desea la concentración actual de material particulado (Véase el numeral 3.1), sepuede calcular como sigue:

TSP a = TSP (P 3 /P std )(298/T 3 )

Donde:

TSP a = concentración actual,µg/m3

TSP = concentración a condiciones normales, µg/std m3

P 3 = promedio de presión barométrica durante el período de muestreo mm Hg

P (std) = 760 mm Hg (101 kPa)

T 3 = temperatura ambiente promedio durante el período de muestreo, K.

4. MÉTODO PM10

4.1 PRINCIPIO

4.1.1 Un muestreador de aire arrastra aire a una velocidad de flujo constante, hacia unaentrada de forma especial donde el material particulado suspendido se separa inercialmente en

una o más fracciones dentro del intervalo de PM10. Cada fracción dentro del rango de PM10 serecolecta en un filtro separado durante un período de muestreo específico.

4.1.2 Cada filtro se pesa (después de equilibrar la humedad), antes y después de usarlo paradeterminar el peso (masa) neto ganado durante la recolección de PM10. El volumen total de airemuestreado, corregido a las condiciones normales (25 oC, 101,3 kPa), se determina a unavelocidad de flujo medida y al tiempo del muestreo. La concentración másica de PM10 en el airese calcula como la masa total de partículas recolectadas en el intervalo de PM10 divididas por elvolumen de aire muestreado y se expresa en µg/m3 estándar. Para muestras de PM10 recolectadas a temperatura y presiones significativamente diferentes de las condiciones normalesde referencia, difieren algunas veces sustancialmente de las concentraciones reales (en µg/ m3 reales), particularmente a elevaciones altas. Aunque no lo requieren, las concentraciones reales

PM10 se pueden calcular de la concentración corregida, usando la temperatura ambiente y lapresión barométrica promedio durante el período de muestreo.

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Nota. Se recomienda colocar todos los equipos de una misma red de control en la misma dirección, preferiblemente lalongitud más grande en la dirección del viento.

Figura 6. Muestreador PM10

4.2 INTERVALO

4.2.1 El límite más bajo del intervalo de concentración másica se determina por repetibilidad delos pesajes de tara del filtro, asumiendo un volumen nominal de muestra para el muestreador.Para muestreadores que tienen un mecanismo automático de intercambio de filtros, el límitesuperior se determina por la carga másica del filtro a la cual el muestreador no mantiene por mástiempo la velocidad de flujo de operación dentro de los límites especificados, debido alincremento de la caída de presión a través del filtro cargado. Este límite superior no puedeespecificarse con precisión debido a que es una función compleja del tipo y de la distribución detamaños de partícula en el ambiente, humedad, tipo de filtro y de otros factores. Sin embargo,todos los muestreadores deben ser capaces de medir durante 24 h, concentraciones másicas dePM10 de al menos 300 µg//m

3 std mientras se mantenga una velocidad de flujo de operacióndentro de los límites especificados.

4.3 PRECISIÓN Y EXACTITUD

4.3.1 La precisión del muestreador PM10 debe ser de 5 µg/m3.

4.3.2 Como el tamaño de las partículas suspendidas en el ambiente varía sobre un intervaloamplio y la concentración de las partículas varía con el tamaño, es difícil definir la exactitud delPM10. Al calcular la concentración de masa esperada para un muestreador que esté a pruebacomo PM10, cuando se muestree una distribución de tamaño de partícula específica, debe estardentro del 10 % de la calculada para un muestreador ideal con efectividad de muestreodeterminada. Además, el tamaño de partícula para el 50 % del muestreo efectivo se requiere queesté entre 10 µm y 0,5 µm. Otras especificaciones relacionadas con la exactitud se aplican a la

medición y calibración del flujo, medio filtrante, procedimiento analítico (pesaje) y aparatos.

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4.4 FUENTES POTENCIALES DE ERROR

4.4.1 Partículas volátiles

Las partículas volátiles recolectadas en los filtros se pueden perder durante el transporte y el

almacenamiento previo al pesaje posterior al muestreo del filtro. Aunque algunas veces es inevitable,los filtros deben ser repesados tan pronto como sea posible para minimizar estas pérdidas.

4.4.2 Aparatos

En las mediciones de concentración de PM10, pueden resultar posibles errores de la retención deespecies gaseosas sobre el filtro. Como errores se incluyen la retención de dióxido de azufre yácido nítrico. La retención de dióxido de azufre es seguida por la oxidación a sulfato en elaparato, fenómeno que se incrementa con la alcalinidad del filtro. Si los filtros cumplen con lasespecificaciones de alcalinidad de la sección 4.5.2.4, ocurrirá una pequeña o nula formación desulfatos. La formación de nitratos resultante de la retención de ácido nítrico ocurre por los gradosde variación sobre cualquier tipo de filtro, incluyendo fibra de vidrio, éster de celulosa y muchos

filtros de fibra de cuarzo. Pueden haber pérdidas reales de nitrato particulado durante o despuésdel muestreo debido a su disociación o a reacciones químicas. Este fenómeno se ha observadosobre filtros de teflón y se ha deducido para filtros de fibra de cuarzo. La magnitud del errordebida a los nitratos, en mediciones de concentración másica PM10 varía con el lugar y latemperatura ambiente, sin embargo, para la mayoría de los sitios de muestreo estos errores sonpequeños.

4.4.3 Humedad

Los efectos de la humedad del ambiente sobre la muestra son inevitables. El procedimiento paraequilibrar el filtro de la sección 4.7 está diseñado para minimizar los efectos de la humedad sobreel filtro.

4.4.4 Manejo del filtro

El manejo cuidadoso del filtro entre el pesaje del premuestreo y el pesaje del postmuestreo esnecesario para evitar errores por el daño del filtro o por pérdida de partículas depositadas en elfiltro. El uso de un cartucho o cinta puede reducir la magnitud de estos errores. Los filtros debentambién reunir todas las especificaciones de la numeral 4.5.2.3.

4.4.5 Variación de la velocidad de flujo

Las variaciones en la velocidad de flujo de operación del muestreador pueden alterar la

discriminación del tamaño de partícula a la entrada del muestreador. La magnitud de este errordependerá de la sensibilidad de la entrada a las variaciones en la velocidad de flujo y a ladistribución de partículas en la atmósfera durante el período de muestreo. Se requiere el uso deun dispositivo de control de flujo (véase numeral 4.5.1.3) para minimizar el error en el tiempo demuestreo.

4.4.6 Determinación del volumen de aire

Pueden resultar errores en la determinación del volumen de aire a partir de errores en lavelocidad de flujo y/o en las mediciones del tiempo de muestreo. El instrumento de control deflujo sirve para minimizar los errores en la determinación de la velocidad de flujo y se requiere unmedidor del tiempo transcurrido (véase el numeral 4.5.1.5) para minimizar el error en la medición

del tiempo de muestreo.

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4.5 APARATOS

4.5.1 Muestreador PM10

4.5.1.1 El muestreador debe estar diseñado para:

a) Arrastrar la muestra de aire hacia la entrada del muestreador y atravesarla por elfiltro recolector de partículas a una velocidad de perfil uniforme.

b) Mantener y sellar el filtro en una posición horizontal, de tal manera que la muestrade aire sea arrastrada en posición normal a través del filtro.

c) Permitir que el filtro se instale y remueva convenientemente.

d) Proteger el filtro y el muestreador de precipitaciones y prevenir la entrada deinsectos y desechos.

e) Minimizar fugas de aire que causarían error en la medida del volumen de aire quepasa a través del filtro.

f) Descargar el aire de salida a una distancia suficiente de la entrada delmuestreador para minimizar la recirculación de aire que ya ha sido muestreado.

g) Minimizar la recolección de polvo depositado en la estructura de soporte delmuestreador.

4.5.1.2 El muestreador debe tener incorporado un sistema que permita operar a velocidades deflujo definidas, con el objeto de obtener discriminación de tamaños de partículas porcaracterísticas de flujo.

4.5.1.3 El muestreador debe estar dotado de un dispositivo de control de flujo con el objeto demantener la operación dentro de los valores límites especificados para el muestreador,superando las variaciones normales de voltaje en la línea y la caída de presión en la línea.

4.5.1.4 Debe estar provisto de un sistema para la medida del flujo total en el período demuestreo. Se recomiendan los registradores continuos de flujo pero no son indispensables. Latolerancia en la desviación de esta medida es de 2 %.

4.5.1.5 El muestreador debe tener un dispositivo de control de tiempo de muestreo, capaz dearrancar y parar el muestreo para obtener períodos exactos de toma de muestras de 24 h ± 1 h(1 440 min ± 60 min). Se usará un cronómetro para medir el tiempo transcurrido con precisiónpara intervalos de 15 min, durante el período de muestreo. Este dispositivo es opcional paramuestreadores dotados de registradores continuos de flujo, siempre y cuando la medida deltiempo de muestreo obtenida en el registrador garantice la exactitud de los 15 min estipulados.

4.5.1.6 El muestreador debe tener adjunta una guía de operación o un manual de instruccionesque incluya instrucciones detalladas para la calibración, operación y mantenimiento delmuestreador.

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4.5.2 Filtros

4.5.2.1 Medio filtrante. Comercialmente no se dispone de un medio filtrante para los diferentesmuestreadores. Los objetivos de muestreo determinan la importancia relativa de lascaracterísticas de los filtros (por ejemplo: costo, facilidad de manejo, características físicas y

químicas, etc.) y por consiguiente, la selección del filtro adecuado.

Además, ciertos tipos de filtro no son recomendables para el uso en algunos muestreadores,particularmente bajo condiciones de carga pesada (altas concentraciones de masa), porque elaumento rápido de la resistencia al flujo en el filtro altera la respuesta del dispositivo de control deflujo del muestreador. Los muestredores dotados de sistemas automáticos de cambio de filtropermiten el uso de estos tipos de filtro. Las especificaciones que se detallan más adelante son losrequerimientos mínimos que garantizan la aceptación de las medidas de concentraciones demasa por el sistema PM10. Otros criterios de evaluación de filtros se deben tener en cuenta parael establecimiento de las relaciones entre muestreo y objetivos de análisis.

4.5.2.2 La eficiencia de retención es mayor de 99 %, medida por el método de ensayo

ASTM D 2986 para partículas de 0,3 mm a la velocidad transversal de operación delmuestreador.

4.5.2.3 Integración. 5 µg/m3 (asumiendo que el volumen nominal de una muestra de aire esde 24 h). La integración es la medida de concentración equivalente a la del muestreador PM10 yque corresponde a la diferencia promedio entre las pesadas final e inicial de un muestreoaleatorio de filtros de ensayo que se pesan y manejan bajo condiciones de ensayo reales osimuladas, pero sin que haya paso de una muestra de aire a través de ellos (por ejemplo: filtrosen blanco). Como un mínimo, el procedimiento de ensayo debe incluir un equilibrio inicial ypesaje, la instalación del filtro en un muestreador inhabilitado, remoción desde el muestreador,equilibrio final y pesaje.

4.5.2.4 Alcalinidad. Debe ser menor de 25 µequ/g de filtro, después de ser almacenado por dosmeses, bajo condiciones ambientales limpias (libre de contaminación de gases ácidos) y a lahumedad y temperatura ambiente.

4.5.3 Velocidad normal de transferencia de flujo

La velocidad normal de transferencia de flujo debe ser la conveniente en relación con lavelocidad de transferencia de flujo de la operación y debe calibrarse contra un flujo primario o unvolumen normalizado que es reproducido por la Centro Nacional de Metrología o con patronesautorizados por éste. La velocidad normal de transferencia de flujo debe ser capaz de medir lavelocidad de flujo del muestreador en operación, con una precisión de 2 %.

4.5.4 Acondicionamiento ambiental del filtro

4.5.4.1 Intervalo de temperatura. De 15 oC a 30 oC

4.5.4.2 Control de temperatura. 3 oC

4.5.4.3 Intervalo de humedad. De 20 % a 45 % HR

4.5.4.4 Control de humedad. 5 % HR

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4.5.5 Balanza analítica

La balanza analítica debe ser adecuada para pesar los filtros de tamaño y tipo requeridos por elmuestreador. El intervalo y la sensibilidad requeridos dependerán del peso tarado del filtro y de lacarga másica. Normalmente, se requiere una balanza analítica con una sensibilidad de 0,1 mg,

para muestreadores de volumen más alto (velocidades de flujo > 0,5 m3

/min). Muestreadorespara volúmenes más bajos (velocidades de flujo < 0,5 m3/min) requerirán de una balanza mássensible.

4.6 CALIBRACIÓN

4.6.1 Requisitos generales

4.6.1.1 La calibración del sistema de medición de flujo del muestreador es necesaria paraestablecer la comparación de las medidas sucesivas de flujo con relación a un estándar primario.Se debe utilizar un dispositivo patrón o un volumen patrón para calibrar o verificar la exactitud delsistema de medición de flujo del muestreador.

4.6.1.2 La discriminación de tamaño de partículas por separación inercial, requiere que semantengan velocidades específicas del aire a la entrada del muestreador. Por lo tanto lavelocidad de flujo que pasa a través de la entrada del muestreador debe mantenerse durante elperíodo de muestreo dentro de los intervalos especificados por el fabricante. Las velocidades deflujo de diseño se especifican como velocidades volumétricas reales de flujo, medidas acondiciones existentes de temperatura y presión, Qa. En contraste, las concentraciones de masade PM10 se calculan utilizando velocidades de flujo corregidas a condiciones de temperatura ypresión, Q(std) normales.

4.6.2 Procedimiento de calibración de la velocidad de flujo

4.6.2.1 Los muestreadores PM10 emplean varios tipos de sistemas para el control y medición deflujo. El procedimiento específico utilizado para calibrar o verificar la velocidad de flujo variarádependiendo del tipo de controlador e indicador de flujo empleado. Generalmente se recomiendala calibración en términos de velocidades volumétricas reales de flujo Qa, pero se pueden utilizarotras medidas como Q(std), siempre y cuando cumplan los requisitos de la sección 4.6.1.1.

El procedimiento general se basa en unidades de flujo volumétrico real, Qa y sirve para ilustrar losdiferentes pasos para la calibración de un muestreador PM10.

4.6.2.2 Se calibra el dispositivo estándar de transferencia de velocidad de flujo contra un flujoprimario o un volumen normal. Se establece una relación de calibración (ejemplo: una ecuación o

una familia de curvas), de tal manera que la comparación con el patrón primario tenga unaprecisión del 2 % del intervalo esperado a condiciones ambientales (por ejemplo: temperaturas ypresiones), bajo las cuales el patrón transferido será usado. Se recalibra el patrón detransferencia periódicamente.

4.6.2.3 Se retira la cubierta de entrada siguiendo el manual de instrucciones. Se conecta eldispositivo patrón de transferencia de flujo al muestreador, de tal forma que mida exactamente lavelocidad de flujo del muestreador. Se debe asegurar que no haya fugas entre el dispositivopatrón de transferencia y el muestreador.

4.6.2.4 Se escogen mínimo tres velocidades de flujo reales (m3/min), espaciadas en un intervaloaceptable de velocidades de flujo especificadas para la entrada (véase el numeral 4.5.1.2), que

puedan obtenerse con un adecuado ajuste de la velocidad de flujo del muestreador. De acuerdocon el manual de instrucciones se obtiene o verifica la relación de calibración entre la velocidad

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de flujo real indicada por el dispositivo patrón de transferencia y la respuesta del indicador de flujodel muestreador. Se registra la temperatura ambiente y la presión barométrica. Se puedenrequerir correcciones de temperatura y presión en las lecturas siguientes del indicador de flujopara ciertos sistemas de medición de flujo. Cuando tales correcciones son necesarias espreferible hacerlas sobre una base individual o una diaria. Sin embargo, los promedios locales de

temperatura y presión barométrica para el sitio de muestreo pueden incorporarse dentro de lacalibración del muestreador para evitar hacer correcciones diarias.

4.6.2.5 Se verifica la calibración, con un filtro limpio instalado, que el muestreador esté operandoa su velocidad de flujo de diseño.

4.6.2.6 Se coloca nuevamente la cubierta de entrada del muestreador.

4.7 PROCEDIMIENTO

4.7.1 El procedimiento general especificado en el manual asume que la calibración de lavelocidad de flujo del muestreador se basa en velocidades de flujo a condiciones ambientales

Qa, y sirve para ilustrar los pasos involucrados en la operación del muestreador PM10.

4.7.2 Se inspecciona cada filtro para detectar perforaciones, partículas y otras imperfecciones.Se establece un registro de información y se asigna un número de identificación a cada filtro.

4.7.3 Se equilibra cada filtro a las condiciones ambientales (Véase el numeral 4.6.4), al menosdurante 24 h.

4.7.4 Después del equilibrio, se pesa cada filtro y se registra el peso del premuestreo con elnúmero de identificación del filtro.

4.7.5 Se instala en el muestreador un filtro prepesado siguiendo las instrucciones del manual.

4.7.6 Se enciende el muestreador y se permite que se establezcan las condiciones detemperatura de la corrida. Se registra la lectura del indicador de flujo y si es necesario latemperatura y la presión barométrica. Se determina la velocidad de flujo real del muestredor(m3/min), de acuerdo con las instrucciones del manual.

Nota. Ninguna medida de presión o temperatura en el sitio es necesaria si el indicador de flujo del muestreador norequiere correcciones de temperatura o presión, o si la temperatura promedio del sitio o la presión promediobarométrica del sitio se incorporan durante la calibración del muestreador, (véase el numeral 4.6.4). Si se requierencorrecciones de temperatura y presión individuales o diarias, la temperatura y presión barométrica ambientales sepueden medir en el sitio en una estación climática cercana. Las lecturas de presión barométrica obtenidas en

aeropuertos pueden necesitar ser corregidas para diferencias de elevación entre el sitio de muestreo y el aeropuerto.

4.7.7 Si la velocidad de flujo está por fuera del intervalo aceptable especificado, se chequea sihay escapes, y si es necesario, se ajusta la velocidad de flujo al punto de ajuste especificado. Separa el muestreador.

4.7.8 Se ajusta el cronómetro para iniciar y parar el muestreador a los tiempos apropiados. Seajusta el medidor de tiempo transcurrido a cero o se registra la lectura inicial del medidor.

4.7.9 Se registra la información de la muestra (sitio de localización o número de identificación, fechadel muestreo, número de identificación del filtro, modelo del muestreador y número de serie).

4.7.10 Se muestrea por 24 h ± 1 h.

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4.7.11 Se determina y se registra la velocidad de flujo promedio (Qa) en m3/min reales, para un

período de muestreo de acuerdo con las instrucciones del manual. Se registra la lectura final delmedidor de tiempo transcurrido, y si es necesario, la temperatura y presión barométrica delambiente, para el período de muestreo (véase la nota del numeral 4.7.6).

4.7.12 Se remueve el filtro cuidadosamente, siguiendo las instrucciones del manual. Se cogensólo los extremos del filtro.

4.7.13 Se coloca el filtro en un contenedor protector, (por ejemplo: caja de petri, un sobre depapel transparente, o un sobre de manila).

4.7.14 Se registran factores tales como: condiciones metereológicas, actividades deconstrucción, fuego o tormentas de polvo, etc., que puedan afectar la medición sobre el registrode información del filtro.

4.7.15 Se transporta el filtro con la muestra expuesta a las condiciones ambientales, tan prontocomo sea posible, para equilibrarlo y pesarlo.

4.7.16 Se equilibra el filtro expuesto a las condiciones ambientales al menos durante 24 h, bajolas mismas condiciones de humedad y temperatura usadas para equilibrar el filtro en elpremuestreo (véase el numeral 4.7.3).

4.7.17 Inmediatamente después del equilibrio, se repesa el filtro y se registra el peso delpostmuestreo con un número de identificación del filtro.

4.8 MANTENIMIENTO DEL MUESTREADOR

El muestreador PM10 se debe mantener en estricto acuerdo con los procedimientos especificadosen el manual de instrucciones.

4.9 CÁLCULOS

4.9.1 Se calcula el promedio de la velocidad de flujo durante el período de muestreo corregido acondiciones estándar como Q std , se calcula como:

Q(std) = Qa x (P (av) /T (av) )(T (std) /P (std) )

Donde :

Q(std) = velocidad de flujo promedio a condiciones de referencia, m3/min std

Qa = velocidad de flujo promedio a condiciones ambientales, m3/min

P (av) = presión barométrica promedio durante el muestreo o presión barométricapromedio para el sitio de muestreo

T (av) = temperatura ambiente promedio durante el período de muestreo otemperatura ambiente promedio para el sitio de muestreo, K

T (std) = temperatura normal, definida como 298 K

P (std) = presión normal, definida como 101,3 kPa o 760 mm Hg.

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4.9.2 Se calcula el volumen total de aire muestreado como:

V (std) = Q(std) x t

Donde:

V (std) = muestra total de aire en unidades de volumen normal, m3 std;

t = tiempo de muestreo, min.

4.9.3 Se calcula la concentración de PM10 como:

PM 10 = (W f - W i ) x 106 /V (std)

Donde:

PM 10 = concentración másica de PM10, en g/m3 estándar

W f , W i = peso final e inicial de las partículas PM10 recolectadas por el filtro, g

106 = conversión de g a µg.

Nota. Si se recolecta más de una fracción de tamaños en el intervalo de tamaño de PM10, la suma del peso netoganado por cada filtro de recolección [(W f - Wi)], se usa para calcular la concentración másica de PM10.

5. NORMAS QUE DEBEN CONSULTARSE

Las siguientes normas contienen disposiciones que, mediante la referencia dentro de estetexto, constituyen la integridad de esta norma. En el momento de la publicación eran válidas lasediciones indicadas. Todas las normas están sujetas a actualización, los participantes,mediante acuerdos basados en esta norma, deben investigar la posibilidad de aplicar la últimaversión de las normas mencionadas a continuación.

ASTM D 2986-91 Evaluation of Air Assay Madia by the Monodisperse DOP (Dioctyl Phthalate)Smoke Test.

ASTM D 828-93 Test Method for Tensile Breaking Stregth of Paper and Paperboard

6. DOCUMENTOS DE REFERENCIA

CÓDIGO DE REGULACIONES FEDERALES. Apéndice B Método de referencia para ladeterminación de material en partículas suspendido en la atmósfera (High-Volume Method), USA1994 (CFR 40 Parte 50).

CÓDIGO DE REGULACIONES FEDERALES. Apéndice J Método de referencia para ladeterminación de material en partículas como PM-10 en la atmósfera, USA 1994 (CFR 40 Parte 50).

7. ntc 3704

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