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Un análisis exhaustivo de la calidad del aire en la ciudad de manizales durante el año 2023. Se analizan las concentraciones de diferentes contaminantes atmosféricos como pm10, pm2.5, co, so2 y o3, incluyendo estadísticas descriptivas, evolución temporal y comparaciones con los límites normativos establecidos. El estudio proporciona información valiosa sobre la calidad del aire en la ciudad y su impacto en la salud pública.
Tipo: Monografías, Ensayos
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Pág. Pág. | 0 *Instituto de Estudios Ambientales, Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales **Subdirección de Evaluación y Seguimiento Ambiental CORPOCALDAS
Estación Liceo PM 10 - Equipo Hi-Vol Manual Terraza Instituto Educativo Liceo Isabel La Católica Centro / Manizales
Actualmente el SVCA de Manizales es operado por el Grupo de Trabajo Académico en Ingeniería Hidráulica y Ambiental (GTAIHA) de la Universidad Nacional de Colombia Sede Manizales, en convenio con la Corporación Autónoma Regional de Caldas (CORPOCALDAS). La Tabla 1 presenta las características principales de cada estación perteneciente al SVCA de Manizales y la Figura 1 muestra la ubicación espacial de las estaciones de monitoreo sobre el área urbana de la ciudad. Tabla 1. Características de las estaciones de calidad del aire de Manizales Estación (Abreviatura) Características y fuentes de contaminantes Equipos Propietario Año de inicio operación óptima Estado actual y operación durante 202 3 Latitud / Longitud Altitud msnm Gobernación (Gob)* CU, SC – MTV, MAI PM 10 – Manual a^ Corpocaldas 2009 Operación óptima. N 5° 4' 6.53" W 75° 31' 1.54" 2155 PM2.5 - Manual a^ Corpocaldas 2009 Operación detenida en diciembre por fallas del equipo SO 2 - Automático UN 2019 Operación óptima. O 3 - Automático UN 2018 Operación óptima. CO - Automático Corpocaldas 2018 Operación óptima. PM 10 y PM2.5 - Automático b^ Corpocaldas 2019 Operación óptima. Palogrande (Pal) ZC, SR – MTV, SAI PM 10 - Manual c^ UN 2009 Operación óptima. N 5° 3' 22.4" W 75° 29' 31.3" 2154 Nubia (Nub) ZSE, SR – MTV, MAI PM 10 - Manual c^ UN 2017 Operación óptima. N 5° 1' 47.0" W 75° 28' 18" 2091 Liceo (Lic) CU, SC – ATV, PAI PM 10 - Manual c^ Corpocaldas 2010 Operación óptima. (^) N 5° 4' 5.01" W 75° 30' 37.58" 2156 PM 10 y PM2.5 - Automático b^ Corpocaldas 2019 Operación óptima. Milán (Mil) ZC, SR – MTV, AAI PM 10 - Manual c^ Corpocaldas 2012 Operación óptima. N 5° 2' 48.5" W 75° 28' 48.68" 2188 Católica (UCM) CU, SC – ATV, SAI PM 10 - Manual c^ Corpocaldas
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Se destaca además que la ciudad cuenta con patrones de viento estables, identificados por el fenómeno orográfico de valle-montaña y montaña–valle, con velocidades de viento bajas que limitan la dispersión horizontal de los contaminantes. La Figura 4 presenta las rosas de viento promedio observadas a lo largo de la ciudad para el período de análisis. Tabla 2. Estadísticos promedio mensuales para las variables meteorológicas de estaciones próximas a las estaciones de calidad del aire durante el período de análisis Mes Temperatura del Aire [°C] Velocidad de Viento [m/s] Dirección Viento [°] Presión Atmosférica [mm Hg] Humedad Relativa [%] Precipitación Acumulada [mm] Radiación Solar [W/m^2 ] Gobernación Enero 16.1 1.04 248.0 586.8 82.7 176.4 297. Febrero 17.3 1.13 260.2 586.1 79.4 101.6 333. Marzo 16.1 0.99 245.8 587.1 86.9 358.4 240. Abril 17.0 1.00 262.2 586.9 84.5 179.4 287. Mayo 17.9 0.95 258.3 587.1 83.4 207.6 289. Junio 18.0 0.90 274.2 587.2 80.5 58.0 290. Julio 18.2 0.92 270.8 587.2 79.6 58.4 300. Agosto 18.1 0.93 257.8 587.2 78.3 70.4 311. Septiembre 18.5 1.08 245.1 586.6 77.1 30 .0 285. Octubre --- --- --- --- --- --- --- Noviembre --- --- --- --- --- --- --- Diciembre --- --- --- --- --- --- --- Liceo Enero 16.1 0.53 260.2 589.8 75.6 144.2 246. Febrero 17.3 0.49 311.1 588.6 70.5 85.6 274. Marzo 15.8 0.55 220.7 590.4 80.3 235.4 208. Abril 16.9 0.44 302.8 589.3 77.1 159.0 254. Mayo 17.8 0.50 316.3 589.3 75.8 164.0 258. Junio 18.1 0.52 --- 589.3 71.8 42.8 273. Julio 18.7 0.56 316.2 589.3 63 .0 40.8 286. Agosto 18.5 0.68 289.1 589.3 66.4 70.4 301. Septiembre 18.6 0.74 257.0 588.8 68.3 35.6 288. Octubre 17.2 0.42 181.1 598.6 76.4 104 206. Noviembre 17.6 0.16 232.1 588.7 72.6 14.6 270. Diciembre 17.9 0.36 173.3 587.9 69.8 85.0 219. Posgrados Enero 15.9 0.32 342.3 594.7 86.2 127.0 262. Febrero 17.2 0.39 340.8 593.4 83.3 70.2 300. Marzo 16.2 0.19 350.8 594.8 89.3 227.2 218. Abril 17.0 0.19 345.5 593.9 86.8 126.8 274. Mayo 17.8 0.11 350.1 593.9 86.3 119.0 265.
Mes Temperatura del Aire [°C] Velocidad de Viento [m/s] Dirección Viento [°] Presión Atmosférica [mm Hg] Humedad Relativa [%] Precipitación Acumulada [mm] Radiación Solar [W/m*^2 ] Espacio en blanco Junio 17.9 0.10 350.4 593.9 83.4 29.8 280. Julio 18.1 0.06 345.4 594.5 82.2 33.4 271. Agosto 18 .0 0.05 354.8 594.5 80.2 49.6 293. Septiembre 18.2 0.09 326.7 593.9 79 .0 50.6 330. Octubre 16.8 0.02 343.4 594.5 87.6 213.4 240. Noviembre 17.5 0.12 310.8 593.6 86.8 179.6 286. Diciembre 17.9 0.03 311.0 593.3 84.9 86.0 318. Milán planta Niza Enero 17.0 0.07 347.7 584.4 74.3 157.2 277. Febrero 18.4 0.06 330.2 582.9 76.2 78.6 302. Marzo 17.0 0.04 303.7 584.7 69.1 308.4 215. Abril 17.8 0.03 345.6 584.0 71.0 135.8 257. Mayo 18.7 0.02 336.4 583.8 73.0 141.6 254. Junio 19.2 0.03 317.4 583.6 74.3 33.4 269. Julio 19.3 0.03 290.6 583.6 74 30.2 256. Agosto 19.4 --- --- 583.4 84.2 68.6 --- Septiembre 19.8 --- --- 582.8 95.1 41.2 --- Octubre 18.3 --- 32.4 593.8 75.0 241.8 --- Noviembre 18.8 0.95 32.3 593.2 75.3 198.8 262. Diciembre 19.2 --- --- 592.8 73.7 121.8 324. La Nubia Enero 16.7 0.88 172.1 597.0 87.6 111.0 298. Febrero 17.8 0.88 182.7 595.7 84.9 63.2 333. Marzo 16.9 0.65 243.4 597.0 91.2 282.8 248. Abril 17.7 0.75 217.4 596.2 88.7 97.4 290. Mayo 18.5 0.80 183.9 596.1 88.1 71.4 288. Junio 18.6 0.83 163.7 596.2 85.5 24.0 288. Julio 18.7 0.84 189.2 596.2 84.6 17.6 284. Agosto 18.5 0.89 187.1 596.3 83.6 77.2 302. Septiembre 18.7 1.88 39.8 595.7 83.7 34.4 325. Octubre 17.6 --- 32.8 593.7 94.4 173.8 --- Noviembre 18.2 1.1 157.4 595.7 88.4 102.8 --- Diciembre 18.5 1.1 145.3 595.4 86.7 57.4 ---
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3. RESULTADOS DE MONITOREO PARA PM 10 y PM2. 3.1. Equipos manuales: Análisis de promedios diarios y mensuales La Tabla 3 presenta los estadísticos descriptivos mensuales para las concentraciones de PM 10 y PM2.5 – Manuales obtenidos durante el 202 3. Se presenta el promedio aritmético con su respectiva incertidumbre asociada, mediana, desviación estándar, concentración mínima, concentración máxima, el percentil 95, el número de datos obtenidos mensualmente y su porcentaje de datos válidos. Los cálculos y gráficos fueron realizados con el software R y su librería de análisis para datos de calidad del aire “ Openair ” (Carslaw y Ropkins, 2015). Los resultados indican que, para el 2023 , las estaciones de Milán y Liceo registraron las concentraciones promedio anuales más altas de PM 10 con valores de 3 3 ± 1.76 μg/m^3 y 30 ± 1. 41 μg/m^3 respectivamente; seguidos por, Católica con 2 0 ± 1.52 μg/m^3 , Nubia con 20 ± 0. 86 μg/m^3 , Palogrande con 19 ± 0.93 μg/m^3 , por último, Gobernación con 1 7 ± 1. 62 μg/m^3. Se destaca que este patrón en los niveles de concentración se ha mantenido relativamente constante de acuerdo con los registros del SVCA en los años 201 8 al 202 2 , registrando los valores más altos de PM 10 en Milán y Liceo con promedios mensuales por encima de 30 μg/m^3. Cabe resaltar que el 9 5 % de los meses monitoreados las estaciones cumplieron con el porcentaje de datos válidos establecido en 75%, según el Protocolo para el Control y Vigilancia de la Contaminación Atmosférica (MAVDT, 2010), perdiéndose pocas o ninguna muestra durante los meses del presente año. Se identificó que Milán presentó los mayores niveles de concentración de PM 10 con el mayor promedio aritmético mensual reportado en febrero con 40 ± 0. 52 μg/m^3 (desv. std = 9 μg/m^3 ), y un máximo diario de 5 3 μg/m^3 el martes 2 8 de febrero. Se recalca además que esta estación es categorizada en el tipo de estación “ Industrial ” y con influencia de tráfico vehicular pesado. De otra parte, la estación Gobernación presentó los menores niveles de concentración con promedios mensuales mínimos en julio y agosto ambos con un valor de 1 4 μg/m^3 ± 1. 12 μg/m^3 (desv. std = 4 μg/m^3 ), valores que se pueden relacionar con los fenómenos de precipitación en la ciudad. Al comparar los registros con el mismo periodo del año 2022, no se observó un cambio significativo en los promedios mensuales con variaciones que no superaron el 18 %. En lo referente al monitoreo de PM2.5 en la estación Gobernación, se registró un valor promedio de 1 2 ± 1. 18 μg/m^3 (desv. std = 4 μg/m^3 ). Noviembre y febrero presentaron el menor y mayor nivel de concentración mensual, ambos con promedios de 9 y 14 μg/m^3 respectivamente; este último relacionado con bajas precipitaciones en el mes. Para el caso del máximo promedio diario, éste fue registrado el lunes 27 de marzo con un valor de 27 μg/m^3 , siendo probablemente influenciado por la alta actividad volcánica registrada en este mes con emisiones de ceniza durante esta semana (ver sección 5.1). Finalmente, se aclara que el equipo presentó fallas de operación a finales de noviembre imposibilitando obtener información de este contaminante en diciembre del 2023.
Estadístico Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sep. Oct. Nov. Dic. Total Nubia PM 10 (μg/m^3 estándar) Promedio 18 24 21 18 22 16 18 17 23 22 21 21 20 Mediana 17 24 23 19 22 16 17 17 23 21 21 21 19 Incertidumbre 0.10 0.10 0.14 0.45 0.47 0.58 0.58 0.58 1.83 1.82 1.82 1.82 0. Desviación Estándar 4 6 9 4 6 3 4 3 4 5 4 4 5 Mínimo 12 17 9 10 15 13 14 12 17 14 15 13 9 Máximo 25 34 31 25 35 22 21 22 30 31 27 28 35 Percentil 95% 24 34 30 23 29 21 21 21 29 30 27 26 29 N° Datos - %DV 10 - 100 9 - 90 8 - 80 10 - 100 11 - 100 10 - 100 11 - 100 10 - 100 9 - 90 10 - 100 11 - 100 10 - 100 117 - 95 Católica PM 10 (μg/m^3 estándar) Promedio 16 26 21 21 19 17 18 17 23 19 19 19 20 Mediana 17 27 23 21 20 17 18 17 24 19 18 19 19 Incertidumbre 0.80 1.10 0.70 0.89 1.01 0.98 0.94 0.94 2.58 2.79 2.79 2.79 1. Desviación Estándar 2 6 8 5 3 3 4 3 4 6 5 5 5 Mínimo 14 15 11 13 11 10 12 10 16 13 11 11 10 Máximo 19 35 34 30 23 21 27 22 29 29 26 27 35 Percentil 95% 19 34 33 27 22 20 24 21 28 28 25 26 29 N° Datos - %DV 10 - 100 10 - 100 9 - 90 10 - 100 10 - 90 10 - 100 11 - 100 10 - 100 8 - 80 10 - 100 11 - 100 10 - 100 117 - 95 Gobernación PM2.5 (μg/m^3 estándar) Promedio 11 14 12 13 12 11 11 10 12 13 9 --- 12 Mediana 11 15 11 14 12 11 10 10 11 12 9 -- 11 Incertidumbre 1.17 1.17 1.40 1.21 1.02 1.14 ---**** --- --- --- --- -- 1. Desviación Estándar 2 5 6 4 3 2 3 3 2 4 3 -- 4 Mínimo 9 6 6 5 6 8 6 4 9 7 4 -- 4 Máximo 15 23 27 19 15 15 16 13 17 20 13 -- 27 Percentil 95% 14 20 23 19 15 14 15 13 16 19 12 -- 18 N° Datos - %DV 10 - 100 10 - 100 10 - 100 10 - 100 11 - 100 10 - 100 11 - 100 10 - 100 10 - 100 9 - 90 8 - 70 -- 107 - 86 _ Estadísticos calculados a partir de los registros de concentración promedio diarios. ** Fuentes de incertidumbre: Procedimientos de determinación del peso del filtro y medición del flujo de la bomba. Se incluyen además incertidumbres asociadas a la determinación de temperatura ambiente y presión atmosférica, variables necesarias para estimar el flujo volumétrico durante el día de monitoreo y para reportar las concentraciones de contaminantes a condiciones estándar. *** %DV = Porcentaje de datos válidos. **** ---: Indica ausencia de datos. Para el caso del equipo de PM2.5 – Manual, se presentan fallas que impiden la verificación metrológica adecuada_ Adicionalmente, se presentan las figuras de evolución temporal de concentraciones diarias obtenidas para PM 10 (Figura 5 ) y PM2.5 (Figura 6 ). Se destaca que en ninguna de las estaciones de monitoreo se superó el límite máximo diario para material particulado (PM 10 y PM2.5) establecido en la Resolución 2254 de 2017 de 75 μg/m^3 para PM 10 y 37 μg/m^3 para PM2.5 (MADS, 2017).
Por último, la Figura 7 presenta la variación promedio de concentraciones de PM 10 y PM2.5 – Manuales por días de la semana en las estaciones de la ciudad. Se puede observar que, en general, las mayores disminuciones en las concentraciones se obtienen los días domingo, principalmente en estaciones con influencia de tráfico vehicular en cercanías de las zonas de monitoreo. Este fenómeno fue más evidente en las estaciones Gobernación, Liceo y Milán. En el caso de las estaciones Palogrande, Católica y Nubia ubicadas en campus universitarios, se observan mayores niveles de concentración los martes y viernes.
La línea punteada roja hace referencia al límite máximo promedio diario de PM 10 establecido en la Resolución 2254 de 2017: 75 μg/m^3
3.2. Equipos manuales: Comparación con la norma anual En la Figura 8 se presenta la comparación del promedio aritmético obtenido para las concentraciones de PM 10 y PM2.5 con el límite normativo anual establecido en la Resolución 2254 de 2017 para PM 10 ( 50 μg/m^3 ) y PM2.5 ( 25 μg/m^3 ). Se destaca que ninguna de las estaciones superó la normativa anual colombiana. Es importante resaltar que los promedios obtenidos en Manizales para PM 10 y PM2.5 en todas las estaciones, estuvieron por encima de las recomendaciones recientes en términos de promedio anual propuestas por la Organización Mundial de la Salud (OMS) de 15 μg/m^3 para PM 10 y 5 μg/m^3 para PM2.5 (OMS, 2022 ).
La línea roja punteada indica el límite normativo anual establecido en la Resolución 2254 del MADS: 50 μg/m^3 (PM 10 ) y 25 μg/m^3 (PM2.5)
3.3. Equipos automáticos: Análisis de promedios diarios y mensuales La Tabla 4 presenta los estadísticos descriptivos de PM 10 y PM2.5 – Automáticos en las estaciones Gobernación y Liceo durante 202 3. Se observó que las concentraciones promedio (medianas^1 ) de Gobernación para PM 10 y PM2.5 se encontraron alrededor de los 26. 8 μg/m^3 (desv. std = 10. 1 μg/m^3 ) y 13. 4 μg/m^3 (desv. std = 4. 0 μg/m^3 ) respectivamente. De otra parte, las concentraciones promedio medianas de Liceo para PM 10 y PM2.5 se encontraron alrededor de los 29. 8 μg/m^3 (desv. std = 8. 4 μg/m^3 ) y 16. 1 μg/m^3 (desv. std = 4. 4 μg/m^3 ) respectivamente. Se destaca que, pese al sesgo estadístico de los datos, los promedios son cercanos a la mediana, indicando la variabilidad proporcional de las concentraciones en ambos contaminantes y ambas estaciones. Con respecto a los promedios mensuales, los máximos registros obtenidos en la estación Gobernación para PM 10 y PM2.5 fueron de 65.7 μg/m^3 y 28.1 μg/m^3 respectivamente, ambos obtenidos en el mes de febrero, un patrón similar al presentado en los equipos manuales en donde febrero presentó los registros más altos. En el caso de Liceo para PM 10 y PM2.5 se obtuvieron en el mes de septiembre y diciembre con concentraciones de 54.2 μg/m^3 y 31.2 μg/m^3. Estos resultados se relacionan a días con ausencias de precipitaciones y su recurrencia entre 4 y 7 días consecutivos. Tabla 4. Estadísticos descriptivos para concentraciones promedio mensuales de PM 10 y PM2.5 – Automático (μg/m^3 ) durante el período de análisis Estadísticos Ene. Feb. Mar. Abr. May. Jun. Jul. Ago. Sept. Oct. Nov. Dic. Total Gobernación PM 10 (μg/m*^3 estándar) Promedio 29.8 41.2 28.5 24.7 19.9 29.6 28.6 27.4 19.9 29.7 29.7 26.9 27. Mediana 26.2 39.9 27.6 23.2 19.2 29.9 27.9 25.0 18.1 28.7 30.1 24.6 26. Desv. Est. 13.7 10.8 7.5 8.3 5.7 9.3 3.0 7.0 5.8 7.3 9.9 9.8 10. Min. 8.6 20.9 15.6 11.5 9.4 15.9 18.7 16.5 12.5 15.9 15.9 8.6 8. Max. 53.7 65 .7 45 47.3 31.2 45.3 46.5 46.0 37.2 45.8 55.2 44.0 65. Percentil 95 47.9 61.6 42.2 35.9 27.7 44.5 39.9 41.2 32.9 43.8 48.3 43.7 45. N° Datos 31 28 31 30 31 29 28 31 30 31 30 31 358 Liceo PM 10 (μg/m^3 estándar) Promedio 27.5 36.4 29.3 29.9 31.2 28.5 27.5 27.4 29.4 31.6 27.5 19.0 29. Mediana 27.3 36.9 27.3 30.8 31.9 28.3 27.0 25.0 29.4 33.7 26.2 18.4 29. Desv. Est. 5.6 4.5 8.6 8.8 8.2 5.4 4.7 7.0 12.5 10.5 7.5 8.7 8. Min. 15.7 21.4 15.9 15.5 18.3 19.5 18.2 16.5 12. 5 13.7 14.7 8.4 12. Max. 37.8 50.6 49.7 46.1 49.5 38.2 35.9 46.0 54.7 54.2 41.6 31.2 54. Percentil 95 35.6 46.1 43.5 41.7 45.2 36.8 34.1 41.2 45.8 50.1 39.6 48.5 43. N° Datos 31 28 31 30 31 30 28 31 30 31 30 30 361 Espacio en blanco (^1) Debido a que la serie de datos no posee una distribución normal, se deciden utilizar pruebas estadísticas no paramétricas que permitan evidenciar los cambios en las concentraciones, sin incluir el sesgo estadístico de los datos.
En cuanto al perfil promedio para los días de la semana, se observa un patrón similar a los datos de los equipos manuales, en donde se presenta una disminución del promedio diario para ambas estaciones durante el domingo, con una reducción aproximada del 25% respecto al promedio semanal para ambas estaciones y contaminantes. Los promedios mensuales muestran máximos de concentraciones en ambas estaciones y contaminantes para el mes de febrero como se ha mencionado anteriormente, se destaca además un mínimo de concentración promedio mensual de PM 10 en Gobernación obtenido en el mes de mayo, debido a la primera temporada de altas precipitaciones de marzo a mayo de la ciudad (ver Tabla 2 ). (a) (b)
- Automáticos durante el año 2023 : (a) PM 10 (b) PM 2. 5 La línea punteada roja hace referencia a los límites máximos diarios permisibles definidos en la Res, 2254 de 2017 del MADS: 75 μg/m^3 (PM 10 ) y 37 μg/m^3 (PM 2 , 5 )
La barra sombreada indica la variación sobre el promedio con una confianza del 95% 3.4. Índice de calidad del aire (ICA) para PM 10 y PM 2. 5 en el SVCA de Manizales De la Figura 12 a la Figura 15 se presentan los índices de calidad del aire (ICA) obtenidos en las estaciones de monitoreo de PM – Manuales y Automáticos. El ICA representa mediante un indicador de color, el estado de la calidad del aire de acuerdo con la concentración de material particulado y su posible afectación a la salud. Para el cálculo de este indicador se utiliza la metodología propuesta por la Resolución 2254 de 2017 (capítulo IV artículos 18 al 21) del Ministerio de Ambiente y Desarrollo Sostenible (MADS 2017). En lo que respecta a la concentración de PM 10 – Manual, se destaca que la calidad del aire se clasificó como buena en las seis estaciones de monitoreo para todos los días analizados. Mientras que en el caso de PM 2. 5
