Análisis y Monitoreo de los contaminantes atmosféricos del aire en las zonas agropecuarias, en la Provincia de Córdoba

Análisis y Monitoreo de los contaminantes atmosféricos del aire en las zonas agropecuarias, en la Provincia de Córdoba. 

Integrantes: Barrios, José Nahuel - Cabaña Kahn, Blas Luis - Benites Almiron, Tobias Emanuel - Duartes, Santiago Hernán - Caballero, Santiago Agustin - Baez Aranda, Rocio Anabel - Burian, Tiago.

Universidad Nacional del Nordeste - Facultad de ciencias Exactas Naturales y Agrimensura.

CONSIGNA 

 Suponga que es convocado por una empresa que desea monitorear la calidad del aire en zonas agropecuarias de la ciudad de Córdoba, una de las provincias con mayor índice de contaminación del aire. La empresa le solicita que proponga un sistema de monitoreo, ya sea mediante la construcción de un dispositivo electrónico que mide la contaminación, y/o un tipo de monitoreo de bajo costo, y, amplia confiabilidad.

a) ¿Qué solución/es podría ofrecer como futuro ingeniero?. 

b) Planteen situaciones hipotéticas de problemas que pueden estar relacionados con la difusión de los gases?

Para ello deberá completar un portfolio que está en la plataforma de la Cátedra, donde puede ir 

apuntando sus aportes.

Síntesis general:

La contaminación del aire es uno de los principales problemas ambientales y de salud pública a nivel mundial. Se trata de un fenómeno propio del estado económico, poblacional y tecnológico de un país. Asimismo, la contaminación atmosférica es uno de los problemas con mayor dificultad para la prevención, evaluación, regulación y control, entre otras causas, por las múltiples fuentes emisoras, transformación de contaminantes en la atmósfera y la forma en la que afectan la salud de las personas o también los ecosistemas. El cambio climático y la calidad del aire dependen de la emisión, transformación y transporte de diversos componentes de la atmósfera y su interacción con la radiación solar. Para medir y evaluar la calidad del aire en una población, en particular, y sus recursos naturales, es imprescindible disponer de sistemas, redes y programas ajustados a la medición de la calidad del aire. La provincia de Córdoba cuenta con una gran superficie, del orden de las millones de hectáreas, las cuales, en su mayoría, presentan un elevado potencial de capacidad productiva agrícola y/o ganadera, lo cual convierte al sector agropecuario en uno de los pilares económicos de la provincia. Los productos químicos y biológicos de uso agropecuario, denominados agroquímicos, constituyen uno de los principales insumos en la producción agrícola. Todos los plaguicidas (agrícolas y domisanitarios o de control de plagas urbanas) se caracterizan por presentar un determinado grado de toxicidad, razón por la cual su uso debe ser controlado y reglamentado. Sin embargo, en un número considerable de ocasiones las leyes que aseguran la protección de la salud humana, de los recursos naturales y de la producción agropecuaria no se cumplen. Además, los sistemas, redes y programas de monitoreo de la calidad del aire implican la puesta en marcha de centros de monitoreo provistos con equipamiento de elevado costo, como así también la necesidad de capacitación del personal técnico a cargo.

CLASIFICACIÓN DE CONTAMINANTES

Según su origen:

• Natural: incendios forestales por rayos, erupciones volcánicas, tormentas eléctricas, procesos biológicos.
• Antropogénica: son emisiones a la atmósfera provocadas por procesos industriales, combustión por automóviles, entre otros. 

A su vez, se clasifican en: - Focos fijos: Industriales: procesos industriales e instalaciones fijas de 

combustión, centrales térmicas, centrales nucleares. Domésticos: instalación de calefacción. - Focos móviles: Automóviles. Aeronaves. Buques. 

Según su estado físico:

• Gases (a presión y temperatura constante): incluyen compuestos azufrados (dióxido de azufre, trióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, amoniaco), compuestos orgánicos (hidrocarburos, compuestos orgánicos volátiles, hidrocarburos aromáticos policíclicos, aldehídos), compuestos halogenados y haluros, sulfuro de hidrógeno, sulfuro de carbono, resultantes de la quema de compuestos fósiles y derivados de petróleo.

DESARROLLO

A). Como futuro ingeniero, podría ofrecer a la empresa una solución mediante la construcción de un dispositivo electrónico que mide la calidad del aire en zonas agropecuarias de la ciudad de Córdoba. Este dispositivo podría estar compuesto por un conjunto de sensores de calidad del aire y de partículas suspendidas en el aire, los cuales serían capaces de medir diferentes contaminantes atmosféricos, y transmitir la información de manera inalámbrica a un sistema de monitoreo centralizado.

De esta manera, se podría obtener información precisa y actualizada sobre la calidad del aire en la zona, y detectar posibles fuentes de contaminación.

Para que el dispositivo detector pueda tener un mayor alcance de monitoreo, serán colocados en los vehículos diseñados para los trabajos agrícolas, tales como los tractores, los cuales la empresa agropecuaria ya cuenta. 

La colocación de sensores de sensores de análisis de contaminación del aire en vehículos como tractores, se usaría para mantener un mejor control de toda el área de la zona agrícola y poder analizar la contaminación del aire en su totalidad. Los sensores en los tractores podrían proporcionar información en tiempo real sobre la calidad del aire y ayudar a la empresa a estar totalmente informada de la cantidad de contaminación que emiten. Los dispositivos estarían colocados de forma que sean fácilmente removibles para poder ser intercambiados de un vehículo a otro. 

 Sin embargo esta idea también cuenta con algunos desafíos y consideraciones importantes a tener en cuenta. Por ejemplo, los sensores utilizados en tractores deben ser lo suficientemente resistentes y confiables para soportar el entorno y las condiciones en el que se utilizan los equipos agrícolas..

Metodología

Analizadores o Monitores Automáticos

A pesar de las ventajas económicas de los muestreadores activos o pasivos, existen aplicaciones de monitoreo que necesitan de la rápida respuesta, en horas o menor, que proporciona un analizador automático, por ejemplo cuando se pretenden detectar valores máximos de concentraciones de contaminantes y situaciones de alerta para implementar medidas de contingencia. Estos instrumentos se basan en propiedades físicas o químicas del gas que va a ser detectado continuamente, utilizando métodos optoelectrónicos. El aire muestreado entra en una cámara de reacción donde, ya sea por una propiedad óptica del gas que pueda medirse directamente o por una reacción química que produzca quimioluminiscencia o luz fluorescente, se mide esta luz por medio de un detector que produce una señal eléctrica proporcional a la concentración del contaminante muestreado.

La gran capacidad de estos monitores automáticos se obtiene a expensas de los altos costos que implica su inversión inicial y su operación. Estos instrumentos tienden también a ser más susceptibles a problemas técnicos en comparación con los muestreadores, cuando no se cuenta con los programas de mantenimiento adecuados y con personal técnico calificado, ya que requieren de técnicos especializados para la operación rutinaria de los equipos y de métodos más sofisticados de aseguramiento y control de calidad. Estos monitores automáticos producen gran cantidad de datos que usualmente necesitan de sistemas telemétricos para su recopilación y computadoras para su subsecuente procesamiento y análisis.

Ya se cuenta con monitores continuos aprobados y validados para la mayor parte de los principales contaminantes urbanos, inclusive la normatividad de la EPA establece poco el uso de muestreadores, los cuales en algunos casos han sido sustituidos por sistemas automáticos que generan una mayor cantidad, confiabilidad y calidad de información, siempre y cuando se operen adecuadamente. Sin embargo, sus altos costos y complejidad en su operación los hace inadecuados para algunos lugares.

Su uso no se recomienda cuando no se cuenta con la infraestructura de apoyo y personal técnico necesarios.

Es muy común en las redes de monitoreo el uso de monitores automáticos junto con muestreadores activos y pasivos, en la práctica estas mediciones se consideran como complementarias, debido a que, los monitores automáticos no son necesariamente superiores y muchos errores se evitarían si se mantuvieran algunos muestreadores cuando se instalan los monitores automáticos, por lo menos durante el período de ajuste y capacitación para el manejo de los mismos.

Resultados

Propuesta y/o solución al problema:

Según la metodología previamente mencionada, decidimos proponer la construcción de un aparato de análisis autónomo capaz de monitorear la calidad del aire, sin embargo al igual que con cualquier dispositivo, existen ventajas y desventajas en la fabricación de un dispositivo de medición de la contaminación del aire. 

Ventajas:

• Les permite a las personas conocer el nivel de contaminación del aire a su alrededor, lo que puede ayudarlos a tomar medidas para proteger su salud. 
• Se puede utilizar para recopilar información sobre la calidad del aire en diferentes áreas, lo que puede ayudar a las autoridades a tomar medidas para reducir la contaminación. 
• Es relativamente barato y fácil de construir, lo que significa que puede ser utilizado por personas y comunidades que no tienen acceso a equipos comerciales similares. Se puede adaptar a diferentes necesidades y requerimientos. 

Desventajas:

• Es posible que requieran mantenimiento y ajustes regulares para garantizar su precisión y confiabilidad. 
• Los resultados pueden variar según la ubicación y las condiciones ambientales, lo que puede afectar la precisión de los datos recopilados. 
• Su capacidad para medir contaminantes del aire distintos de los que están diseñados para medir puede ser limitada.

Ya aclarado con lo anterior, proseguiremos con los materiales y los pasos a seguir para construir el dispositivo electrónico.

Materiales necesarios:

• Sensor de partículas SDS011 PM2.5
• Sensor de gas MQ-135
• Placa Arduino
• Pantalla OLED
• Cables y breadboard
• Fuente de alimentación USB

Pasos:

1. Conectamos el sensor de partículas PM2.5 al Arduino. Los cables los conectamos al pin 5V, GND, RX y TX. Configuramos el sensor para enviar datos en modo pasivo.
2. Conectamos el sensor de gas MQ-135 al Arduino. Los cables los conectamos al pin 5V, GND, A0 y AO. Configuramos el sensor para enviar datos analógicos.
3. Conectamos la pantalla OLED al Arduino. Los cables los conectamos al pin SDA, SCL, 5V y GND. Configuramos la pantalla OLED para mostrar el texto que desees.
4. Conectamos el Arduino a una fuente de alimentación USB.
5. Cargamos un programa en el Arduino que lea los datos de los sensores y muestre los resultados en la pantalla OLED. Por ejemplo, puede mostrar los valores de PM2.5 y gas en partes por millón (ppm).

1. Encendemos el dispositivo y esperamos a que se estabilice. Luego, los colocamos por el área que deseamos para obtener lecturas de la contaminación del aire.

Seguidamente, presentamos las descripciones de los materiales:

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