La contaminación por ozono en el Estado español durante 2016
Proyecto go3 ozono español
86
1 El proyecto “Global Ozone Project”
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El proyecto“Global Ozone Project”
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Módulo 1 – El Ozono
3
Lección 1 – Fundamentos de la contaminación atmosférica
4
Lección 1 :Objetivos
Al final de esta lección, los alumnos deberán poder:
• Definir los seis principales contaminantes del aire regulados en la legislación
• Identificar la diferencia entre el ozono estratosférico y el ozono troposférico
• Citar las cinco capas de la atmósfera
5
Composicion del aire y definición de contaminación del aire
Composición del aire en la troposfera
Contaminación del aire (por gases): presencia en el aire de cualquier gas de origen antropogénico en cantidad suficiente para provocar un cambio sensible en su composición
6
Contaminación + climatología estable = agravamiento de efectos
Este episodio de cotaminación causó la muerte de 20 personas, y la mitad de los
14.000 habitantes de la población enfermaron a causa de emisiones
industriales agravadas por una climatología estable.
1948 en Donora, PA 1952 en Londres, UK
La columna de Nelson entre el smog de 1958
La columna de Nelson hoy
Este episodio de contaminación causó la muerte de 4.000 personas y la
enfermedad de 100.000 más,a causa de emisiones industriales y urbanas
agravadas por una climatología estable.
7
La Clean Air Act de los EEUU• Después de la mortalidad por episodios de contaminación en
USA en 1947, se estableció la urgente necesidad de regular la calidad del aire para evitar que estos episodios no volvieran a ocurrir. La primera Clean Air Act fue ratificada en los Estados Unidos en 1963.
• LA Clean Air Act of 1970 dió a la “US Environmental Protection Agency (EPA)” la autoridad para regular la contaminación, identificandose seis contaminantes prrioritarios para su vigilancia y control:– Monóxido de carbono (CO)– Plomo (Pb)– Dióxido de nitrógeno (NO2)
– Particulas en suspensión (PM2.5 and PM10)
– Ozono (O3)
– Dioxido de azufre (SO2)
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Índice de calidad del Aire – Es una medida global de la calidad del aire, generalmente publicada en los informes
climatológicos , y que se basa en las cantidades de esos seis contaminantes presentes en el aire. Existen seis niveles de
calidad al respecto:
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Ejemplos de fuentes de cada uno de los seis principales contaminantes
CO –Monoxido de Carbono(se explicará luego en la
lección 2)
NO2 –Dióxido de Nitrógeno
(se explicará en la lección 2)
Emisiones de coches:Los coches emiten CO y NO
durante el funcioamiento del motor, lo que produce que el
NO, producido en la combustión, llege a la
atmósfera convertido en NO2
O3 – Ozono (se explicará luego en la lección 2)
Ozono: Formado por interacción de la luz del sol, con contaminantes
como óxidos de nirógeno, NOx,
monóxido de carbono, CO y otros compuestos volátiles orgánicos, VOC
Centrales térmicas
Emisiones e cochesLos coches emiten NO, producido durante la
combustion, llega al aire convertido en NO2
Centrales térmicas
10
Examples of Sources for Each of the Six Priority Air Pollutants, Continued
PM2.5,10 – Partículas y humo
Pb – Plomo
Incendios
Road Dust
Fundiciones de hierro y otras industrias
SO2 – Dióxido de azufre
Centrales térmicas
Tubos de escape y centrales térmicas
Antes de ser prohibida,,la gasolina con plomo era la principal fuente de
plomo en el aire
11
La diferencia entre el ozono estratosférico y el ozono troposférico
Recuerda: el ozono es “malo” en la troposfera y “bueno” en la
estratosfera
12
Las capas de la atmósfera
13
Lección 2 – La formación de ozono en la troposfera
14
Lección 2: ObjetivosAl final de la lección 2, los alumnos deberán ser
capaces de:• Definir los términos “contaminante primario” y
“contaminante secundario”.• Enumerar los contaminantes primarios que
originan la formación de ozono a nivel del suelo y describir el rol de la luz del sol en el proceso.
• Describir el papel que desempeñan las condiciones meteorológicas en la formación y transporte del ozono a nivel del suelo.
15
Lección 2: Actividades
• El efecto del ozono en un limón y cómo se forma neblina.
• Visitar la página web de datos del proyecto GO3 o visitar la página web de AIRNow y completar la hoja de trabajo.
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Contaminantes primarios y secundarios
Loa contaminantes primarios son emitidos directamente sus fuentes y causan daños en la misma forma química en que son emitidos.
Ejemplos de contaminantes primarios son el SO2 y el CO2
Por el contrario, los contaminantes secundarios resultan de la interacción de los primarios con otros contaminantes presentes en el aire, tras ser emitidos desde sus fuentes
Ejemplos de contaminantes secundarios son el ozono y la lluvia ácida.
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La formación del ozonoLos ingredientes para formar ozono troposférico son: Carbono en forma de CO o VOCs Óxidos of nitrógeno (NOx) Radiación solar (hv)
CO + OH → CO2 + H H + O2 → HO2
HO2 + NO → OH + NO2
NO2 +hv → NO + O O + O2 → O3
Net: CO + 2 O2 → CO2 + O3
Compuestos orgánicos volátiles (VOC’s): Compuestos químicos conteniendo carbono que en condiciones normales se encuentran en fase
de vapor y se introducen en la atmósfera. Algunos ejemplos son en metano (CH4), los
vapores de gasolina y los vapores de los disolventes de las pinturas.
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El papel del NO2 y la luz solar en la formación del ozono
Examinemos con detalle los pasos 4 y 5 del proceso: 1. CO + OH → CO2 + H2. H + O2 → HO2
3. HO2 + NO → OH + NO2
4. NO2 +hv → NO + O5. O + O2 → O3
Paso 4: La luz solar rompe el enlece entre el nitrógeno y el oxígeno
Paso 5: el oxígeno atómico encuentra inmediatamente una molécula diatómica de oxígeno para formar ozono
N
O O
O
N
O
O2
+ =
O3Es por ello por lo que la luz solar es indispensable para formar ozono
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Fuentes naturales y antropogénicas Las fuentes necesarias para la formación de ozono son tanto naturales como antropogénicas. El delicado balance de compuestos químicos en la atmósfera se ha desarrollado durante millones de años. Hay dos principales razones por las que la actividad humana está afectando negativamente al medio ambiente:1.Las actividades humanas alteran este delicado balance, lo que causa que los contaminantes actúen de diferente manera a la que lo harían de forma natural.2.Las fuentes naturales de los contaminantes están distribuidas por todo el planeta; sin embargo, la contaminación humana está concentrada en pequeñas áreas. Por otra parte, las fuentes naturales han estado emitiendo a la atmósfera durante miles de años, creando este balance de componentes a lo largo del tiempo.
Antropogénico = Causado por el
hombre
Naturales
Antropogénicas
20
La concentración de NOx en la atmósfera es un “interruptor químico”, un ejemplo de cómo la actividad humana altera el
balance.
BajoNOx
Alto NOx
O3
O2
O3
O2
Producción de ozono = OFF (el ozono se destruye) Ozone Production = ON
CO + OH → CO2 + H H + O2 → HO2
HO2 + NO → OH + NO2
NO2 +hv → NO + O O + O2 → O3
Net: CO + 2 O2 → CO2 + O3
CO + OH → CO2 + H H + O2 → HO2
HO2 + NO → OH + NO2
HO2 +O3 → OH + 2O2
Net: CO + O3 → CO2 + O2
La reacción con CO a bajas concentraciones de NOx en la atmósfera, da lugar a que la
reacción total produzca la destrucción del ozono
La reacción con CO a altas concentraciones de NOx en la atmósfera, da lugar a que la reacción total produzca la formación del
ozono
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Tipos de fuentes antropogénicasPuntuales – están
muy concentradas en un punto
Superficiales – están más
difuminadas
Lineales – pueden dividirse en dos
categorías
Coches, camiones
Fuera de ellas
Centrales térmicas
Gasoductos
Ganado (CH4)
Pinturas y recubrimientos
En carreteras
Aviones
Maquinaria de
construcción
otros
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Video sobre VOC’s
Normalmente no podemos ver muchos de los contaminantes emitidos a la atmósfera. Este video muestra los vapores (VOC’s) que se emiten cuando se reposta combustible. Hacer click
en este link para ver el video:
http://www.go3project.com/network/JohnBirks/videos/10
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Distribución de las fuentes antropogénicas de monóxido de carbono (CO)
Emisiones de CO en toneladas por milla
cuadrada en los EE.UU.
Distribución de las fuentes de CO
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Distribución de las fuentes antropogénicas de óxidos de nitrógeno carbono(NOx)
Emisiones de NOx en toneladas por milla cuadrada en EE.UU.
Distribución de fuentes de NOx
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Distribución de las fuentes antropogénicas de Compuestos Orgánicos Volátiles (VOC’s)
Emisiones de de VOC en toneladas por milla cuadrada en EE.UU.Distribución de
fuentes de VOC
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Fuentes naturales y antropogénicas de CO
Naturales Antropogénicas
Total Antropogénicas = 520 Tg C/año
Total naturales = 540 Tg C/año
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Un momento: ¿qué significa “contaminación natural”? Los árboles emiten VOCs, luego ¿son
por lo tanto contaminantes?
Los árboles emiten VOCs por varias razones• Para repeler insectos y animales
dañinos. • Para atraer agentes de polinización. • Como respuesta al estrés
mmmm…el olor de los pinos
Los árboles emiten emiten VOCs en forma de isopreno y
monoterpenos, lo que origina su olor característico
Isopreno
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A lo largo de la Historia, se han justificado las fuentes antropogénicas de contaminación comparándolas con las naturales
1. Sin los óxidos de nitrógeno emitidos por el hombre, la mayoría de los VOC’s emitidos por los árboles no formarías ozono.
2. Los VOCs emitidos de forma natural se distribuyen por todo el mundo, al contrario de la concentración existente en las zonas donde se encuentran las fuentes antropogénicas.
3. Los árboles ayudan a depurar el aire absorbiendo contaminantes como ozono, monóxido de carbono, dióxido de azufre, óxidos de nitrógeno y partículas.
4. Algunas especies de árboles producen casi tanto ozono como el que absorben. De nuevo, las fuentes antropogénicas de NOx hacen que se cree un exceso de ozono a partir del los VOCs emitidos por los árboles.
En 1980 y 1981, el Presidente de los EE.UU. Ronald Reagan afirmó que los árboles contaminan más que los humanos, y dijo textualmente que: • “Los árboles contaminan más que los coches.”• “Aproximadamente el 80% de la contaminación atmosférica proviene de hidrocarburos emitidos por la vegetación, por lo que no debemos hacer un sobreesfuerzo en establecer límites y controlar las emisiones antropogénicas”¿Estaba en lo cierto?
Si nos fijamos en una parte de las reacciones químicas, SÍ
Si nos fijamos en la totalidad ellas, NO
29
Cómo afecta la climatología a la formación y al transporte del ozono
30
El transporte del ozono por el viento
Las áreas rurales pueden sufrir concentracione altas de ozono, que es
transportado por el viento desde grandes ciudades
Los modelos de dispersión pueden ayudar a comprender esta situación: el gráfico de abajo obtenido de uno de estos modelos
matemáticos muestra el transporte de contaminantes desde tres fuentes diferentes
31
Haga click en la visualización del transporte del ozono para ver una película de cómo el viento
afecta a la concentración de ozono
Contaminacion proveniente de la costa NE
de los EEUU
Hacer click en la imagen para ver la animación (se necesita tener descargado un reproductor de video para ello)
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Análisis del Transporte de Ozono mediante flechas de velocidad y dirección de viento
Este mapa muestra las fuente puntuales de NOx en ton/año
Esta mapa muestra la velocidad y dirección del viento sobrepuestas en el mapa de
fuentes puntuales (el tamaño de la flecha indica la velocidad del viento, un mayor
tamaño de la flecha indica mayor velocidad de l viento) El gráfico mostrado corresponde a los día de mayor concentración de ozono
en los EEUU.
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Un aumento de la temperatura hace que estas reacciones se aceleren, es decir que
Temperatura Ozono
Efectos de la humedad y la temperatura en la formación de ozono
CO + OH . → CO2 + H H + O2 → HO2
HO2 + NO → OH + NO2
NO2 +hv → NO + O O + O2 → O3
Net: CO + 2 O2 → CO2 + O3
Recapitulemos las reacciones química que suceden durante la formación del ozono
OH. Es el Radical Hidroxilo y se forma a partir de la humedad del aire. A medida que aumenta la humedad, los radicales OH son más abundantes, y más ozono se producirá a partir de allos, por ello:
Humedad Ozono
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El ozono y la la lluvia
• La concentración de ozono en el aire no disminuye significactivamente por la lluvia en sí, sino que lo hace debido a las nubes. Las nubes tapan el sol y reducen la cantidad de luz necesaria para formar ozono.
• A diferencia del ozono, SO2 and NO2 son solubles an agua y reaccionan con gotas de lluvia para formar ácido sulfúrico y nítrico, respectivamente, lo que se conoce como lluvia ácida.
Lluvia = Nubes = Menos luz y rayos UV = Menos ozono
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El Ozono y las estaciones
• La concentración de ozono es afectada a menudo por las estaciones del año. Esto se debe a la posición del sol en el cielo y al ángulo al que los rayos UV impactan sobre la superficie.
• Tambien influye la posición del punto de impacto, ya que la posición dle sol en el cielo no cambia mucho a latitudes cercanas al Ecuador. Esto es por lo que hace calor allí durante todo el año.
• PREGUNTA: A qué latitudes está más afectada la formación de ozono en el invierno?
Cuando la luz del Sol impacta en la tierra con un ángulo de 26.5 grados en invierno (como se aprecia en la figura), estos rayos no son fuertes : este diagrama muestra
los ángulos típicos de impacto en los estados del NE de EEUU.
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La inversión térmica puede atrapar la contaminación del aire a nivel del suelo
En situación normal, el aire caliente sube
Durante la inversión térmica, el aire frío permacece cerca del suelo, por que el aire frío es más denso y se encuentra mejor allí. La dispersion de
los contaminantes es entonces imposible.
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Lección 3 – Los efectos del ozono troposférico
38
Lección 3: Objetivos
Al final de la lección 3, los estudiantes deberán poder:
• Describir los efectos del ozono troposférico en seres humanos y plantas.
• Identificar al ozono como un gas de efecto invernadero.
• Enumerar tres vías para eliminar el ozono troposférico.
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Lección 3: Actividades
• El experimento de la tira de caucho• Plantas sensibles al ozono y plantas
resistentes al ozono.
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Los ciclos y efectos de la contaminación ambiental
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Efectos del Ozono en los pulmones
El ozono puede inflamar los pulmones cuando es inhalado….
….lo que es particularmente dañino para personas que padecen de asma,
ya que la inhalación de ozono les puede provocar un ataque de asma
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El ozono y el Índice de Calidad del Aire (AQI)
95 ppb)
El AQI es un parámetro que aparece en los periódicos y en los informes meteorológicos o medioambientales y que indica la calidad del aire. Si el contaminante principal es el ozono, se
puede estimar su concentración en el aire en ppb a partir del AQI. Ir a http://airnow.gov/index.cfm?action=aqi_calc.aqi_conc_calc para realizar el cálculo.
Este valor es la media de la
concentración de ozono en 8 horas.
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El ozono y la visibilidad El ozono produce frecuentemente zonas de baja visibilidad en
lugares donde su concentración es alta, como se muestra a continuación.
http://www.outdoors.org/conservation/mountainwatch/aq.cfm
Hacer click en este link para ver la evolución de la visibilidad con el ozono
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Los efectos del ozono en las cosechas
15 ppb 100 ppb80 ppb
En su estudio, David A. Grantz y Anil Shrestha expusieron plantas de algodón a varios niveles de
ozono atmosférico y determinaron sus efectos en el crecimiento de las plantas.
Este gráfico muestra la reducción de las cosechas
de varias plantas en función de la
concentración deozono.
PREGUNTA: ¿Qué planta es la más sensible de todas?
45
Cómo penetra el ozono en las plantas
1. La planta abre y cierra sus estomas en su actividad normal, para intercambiar agua y CO2. Los estomas siempre se cierran cuando hay sequía, o cuando la planta no tiene suficiente agua.
2. Cuando los estomas están abiertos, el ozono puede penetrar en la planta.
3. Cuando la planta detecta que el ozono está penetrando por los estomas junto con el dióxido de carbono, los cierra para evitar que entre más ozono.
4. Cuando los estomas se han cerrado, se produce una situación similar a la sequía. Con los estomas cerrados, la planta no puede obtener lo necesario para estar saludable, y se produce una necrosis alrededor de los estomas.
PREGUNTA: ¿Puede el ozono dañar a la planta durante una sequía? ¿Por qué o por qué no?
Estoma abierto
Estoma cerrado
Los daños causados por el ozono aparecen como puntos negros en la superficie superior de la hoja y
entre las venas.
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El ozono es un gas de efecto invernadero y contribuye al calentamiento global
Un hecho interesante: Sin CO2 y otros gases de
efecto invernadero, nuestro planeta estaría
congelado. Sin embargo, el equilibrio natural de los gases de
efecto invernadero necesario para la vida ha
sido alterado por la contaminación y ha
traído como consecuencia un
excesivo calentamiento en pocos años.
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Principales gases causantes del calentamiento global
Los cuatro principales gases causantes del calentamiento global de origen antropogénico son los indicados a continuación, junto con su contribución al
fenómeno:
Dióxido de carbono (CO2) 52%
Metano (CH4) 15%
Ozono (O3) 11%
Halocarbonados 11%
PREGUNTA: ¿Qué le ocurre a la velocidad de formación del ozono si el planeta se calienta? ¿Aumentará o disminuirá? ¿Por qué?
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Lección 4 – El ozono estratosférico
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Lección 4: ObjetivosAl final de la lección 4, los alumnos deberán poder:
• Identificar las principales causas de la disminución del espesor de la capa de ozono estratosférico.
• Explicar qué son las unidades Dobson Units y cómo se emplean para expresar el espesor de la capa de ozono.
• Describir por qué el agujero de la capa de ozono está sobre la Antártida.
• Comentar los requisitos del protocolo de Montreal
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La capa de ozono estratosférico: una sombrilla gigante sobre la tierra
51
Situación de la capa de ozono en la atmósfera
52
El ozono estratosférico (la capa de ozono) filtra la mayoría de las radiaciones nocivas procedentes del
Sol
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Estas fotos tomadas desde un satélite muestran el desarrollo del agujero de la capa de ozono en las décadas de los años ochenta y noventa. El color azul oscuro representa la
zona más delgada, mientras que los colores celeste, verde, y amarillo indican un espesor mayor. (Fotografías cortesía de la NASA.)
El “agujero de la capa de ozono” no es exactamente un agujero, actualmente se denomina así a la disminución de su espesor. La superficie de esa zona más delgada es similar a la de la Antártida. Para darse idea del tamaño de esta superficie, aquí se presenta una superposición
de los mapas de la Antártida y de los Estados Unidos.
La disminución del espesor de la capa de ozono sobre la Antártida
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El espesor de la capa de ozono se mide en unidades Dobson
Visto desde el espacio, el límite de la Tierra está determinado por la banda color azul claro de la atmósfera. La atmósfera es más densa en la superficie, y esta densidad disminuye con la altura hasta que se confunde con el vacío.
El ozono total presente en la atmósfera se mide a lo largo de toda la columa de aire de la atmósfera, desde la superficie al
límite del espacio. (Fuente: NASA, Astronaut photograph ISS011-E-5487)
Un espesor de 1mm
Las unidades Dobson expresan el espesor de la capa de ozono que resultaría al comprimir el ozono estratosférico a
condiciones normales de P y T en un punto de la superficie del planeta
100 Dobson Units=
Un espesor de 3mm
300 Dobson Units=
Un espesor de 5mm
500 Dobson Units=
55
La cantidad media de ozono son 300 DU
Una cantidad media de ozono de 300 DB serían 3
mm de espesor, el espesor de un amoneda de 2
peniques
En el “agujero de ozono”, el espesor sería solo de 1 mm
El agujero de ozono sobre la Antártida fotografiado en Septiembre de 2007 por el
satélite Envisat. (Fuente: KNMI - ESA)
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Métodos de medida del ozono estratosférico
Los científicos tienen varios métodos para medir la cantidad de
ozono en la estratosferaCientíficos lanzando un globo-
sonda en la Antártida
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La formación del ozono en la estratosfera
58
Video explicativo de la destrucción del ozono
• http://www.youtube.com/watch?v=I1wrEvc2URE
59
Video de la NASA explicando la destrucción del ozono sobre la
Antártida• http://www.youtube.com/watch?v
=qUfVMogIdr8
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Sustancias destructoras del ozono
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Breve cronología de los principales acontecimientos relativos al descubrimiento de la capa de ozono
1928 1956 1974 1978 1985 1986
Los primeros
CFC’s fueron
fabricados por DuPont
La “British Antarctic Survey” comienza a realizar medidas de ozono a nivel de la
superficie terrestre en la Antártida
Los científicos Molina y Rowland publican un
estudio demostrando el potencial destructor de los CFc’s sobre el ozono
Los científicos de la “British Antarctic Survey“ Farman,
Gardiner, y Shanklin publican un informe describiendo el agujero de la capa de ozono
basado en medidas realizadas desde la superficie terrestre
La NASA comienza a medir el ozono
mediante satélites
La NASA confirma el agujero de ozono con datos de satélites
Un hecho interesante: Aunque los científicos
de la NASA llevaban midiendo el ozono en todo
el mundo desde 1974, al principio no
detectaron el agujero de la capa de ozono
porque el ordenador estaba programado para
despreciar todas las medidas inferiores a 180
DU , ya que se pensaba que era imposible que
la capa de ozono tuviera espesores menores de
ese valor, por eso se consideraban al principio
valores erróneos.
62
El Protocolo de Montreal• El Protocolo de Montreal sobre sustancias destructoras de la capa de ozono es un tratado internacional cuyo
objetivo es proteger la capa de ozono mediante la prohibición de la producción de un número de sustancias sospechosas de destruirlo. Tiene dos fechas de implementación, una para países desarrollados y otra para países en vías de desarrollo.
• Dada su adopción e implementación por prácticamente todos los países, se considera un ejemplo de una óptima cooperación intenacional; Kofi Annan, el anterior secretario general de la ONU, afirmó que el protocolo de Montreal es “quizás el acuerdo internacional más exitoso hasta la fecha”.
Resumen de las medidas del Procolo de Montreal
Sustancias destructoras del ozono Países desarrollados Países en vías de desarrolloClorofluorocarbonos (CFCs) Prohibido a finales de 1995a Prohibición total en 2010
Halones Prohibido a finales de 1993a Prohibición total en 2010
Tetracloturo de Carbono Prohibido a finales de 1995a Prohibición total en 2010
Cloroformo Prohibido a finales de 1995a Prohibición total en 2015
Hidroclorofluorocarbonos (HCFCs) Congelada la producción en 199635% de reducción en 200475% de reducción en 201090% de reducción en 2015Prohibición total en 2020c
Congelada en 2013 a un nivel calculado como la media de consumos de 2009 y 201010% reducción en 201535% reducción en 202067.5% reducción en 2025Prohibición total en 2030
Hidrobromofluorocarbonos (HBFCs) Prohibido a finales de 1995a Prohibido a finales de 1995a
Bromuro de metilo(de uso en horticultura)
Reducida la producción en 1995 a los niveles de 1991 25% de reducción en 199950% de reducción en 200170% de reducción en 2003Prohibición total en 2005
Congelada en 2002 a un nivel calculado como la media de consumos de 1995-199820% reducción en 2005Prohibición total en 2015
Bromocloromethano (BCM) Prohibición total en 2002 Prohibición total en 2002
63
Ejemplos de utilización de sustancias destructoras del ozono en el hogar
64
Módulo 2 – Todo sobre los monitores de ozono
65
Lección 5 – Cómo funciona un monitor de ozono
66
Lección 5: Objetivos
Al final de la lección, los alumnos deberán poder:
• Definir “absorbancia UV” y explicar cómo se usa para medir el ozono
• Escribir la ecuación matemática de la concentración de ozono y describir sus términos
67
Lección 5: Actividades
• Ensamblar el monitor• Usar un voltímetro y medir el voltaje en los
puntos de medida del instrumento
68
El monitor utiliza la absorbancia UV para medir la concentración de ozono:
El ozono absorbe luz de 254 nm de longitud de onda
Bajo nivel de ozono = mucha luz alcanza al “ojo”, por lo que el “ojo” ve luz brillante
Alto nivel de ozono = muy poca luz alcanza al “ojo”, por lo que el “ojo” sólo ve luz tenue
Longitud d eona de la luz = 254 nanometros
= lámpara de mercurio
= Photodiodo
= Ozono
69
El detector de fotodiodosEl fotodiodo es el “ojo” que detecta la cantidad de luz de la lámpara de mercurio que pasa a través del aire muestreado. El fotodiodo transforma la luz recibida en un voltaje.
La lámpara de mercurio produce luz de 254 nanometros que atraviesa el aire muestreado
70
El eliminador de ozono (“scrubber”)• El scrubber está relleno de Hopcalita, que es una mezcla de óxido de
cobre y óxido de manganeso.• Cuando el aire que contiene ozono atraviesa el scrubber, el ozono se
queda adherido superficialmente al relleno de Hopcalita con tal fuerza que el ozono pierde uno de sus átomos, obteniéndose oxígeno. Esto es debido a que el enlace entre la hopcalita y el oxígeno es más fuerte que los enlaces de los átomos de oxígeno en el ozono.
El ozono entra en el scrubber en
forma de oxígeno triatómico
El relleno del scrubber se une a uno de los átomos
del ozono y rompe la molécula.
El ozono sale del scrubber
convertido en oxígeno normal,
O2
Los átomos de oxígeno libres se recombinan para
formar O2, de modo que las “manos” quedan de nuevo
libres para atrapar más moléculas de ozono
71
El flujo de aire a través del monitorEl aire con ozono es aspirado a través de la entrada por la bomba
NO OZONE
El aire muestreado sigue dos caminos diferentes antes de alcanzar el detector: Atraviesa el scrubber, lo que elimina todo ell ozono presente en la muestra
Evita el paso por el scrubber mediante un bypass, lo que conserva todo el ozono presente en la muestra.
1
2
1
2
Entrada
Bomba
Scrubber
Detector
72
La ley de Beer-Lambert se emplea para calcular la concentración de ozono en la muestra
=I
I
lC oO ln
13 σ
Concentración de ozono
Intensidad de la luz detectada por el
fotodiodo cuando no hay ozono en la célula de
medida (ha sido descompuesto por el
scrubber)
Intensidad de luz detectada por el fotodiodo cuando hay
ozono presenteCoeficiente de absorción del ozono; es característico de
cada sustancia y representa en qué medida esa sustancia
absorbe luz
Longitud de paso óptico: es la distancia atravesada por la luz en la célula de
medida
Cada término
de la ecuación
se describe a
continuación
73
Registrando I e Io
NO OZONE
La muestra con todo su ozono destruido llega a la célula de medida y el detector registra el valor I o
La muestra con su ozono intacto llega a la célula de medida y el detector registra el valor I
74
Relación de intensidades luminosas
=I
I
lC oO ln
13 σ
El fotodiodo mide en primer lugar la intensidad de luz que le llega cuando no hay ozono en la muestra, ya que ha sido destruido en el
scrubber. Esta es la intensidad de referencia.
Luego, el fotodiodo detecta la intensidad de luz que le llega después de atravesar la muestra con ozono. Esta intensidad es
comparada con la de referencia para calcular la cantidad de ozono presente, según la ley de Beer-Lambert.
oI
I
IIo >
75
La ecuación contiene un logaritmo natural o neperiano
=I
I
lC oO ln
13 σ
Función logaritmo natural o
neperiano
76
Coeficiente de absorción, σ
=I
I
lC oO ln
13 σ
Es sabido que las moléculas gaseosas tienen diferentes tamaños, y por tanto absorben diferente cantidad de luz. Esa
es la razón por la que se describe el tamaño de la molécula y su absortividad a través del parámetro “absorción por
unidad de superficie”, es decir, la superficie que ocupa la molécula de gas
en cm2
1 cm
1 cm
El coeficiente de absorción del ozono es 0.0000000000000000115 cm2 por molécula
Superficie = 1 cm2
Superficie = 0.0000000000000000115 cm2
77
Longitud de paso óptico, l
=I
I
lC oO ln
13 σ
Longitud de paso óptico, l
La longitud de paso óptico es la distancia que la luz atraviesa en la célula de medida hasta
alcanzar el detector (ojo). La longitud de paso óptico afecta a la intensidad de luz que
detecta el fotodiodo para una determinada concentración de ozono.
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Componentes principales del monitor de ozono 3B
Zona óptica
Entrada de12 V
Puerto USB
InterruptorPuerto serie/ Analog
Conector Relay
Entrada de aire
Bomba de aire
Scrubber
Pila de reloj
Mando de selecciónLCD
Válvula solenoide
Cable DewLine
Microprocesador
Toma de tierra
Sensor de presión
Sonda de temperatura
Conector de la lámpara
Regulador S-V/
Conector del calentador de la célula
Tecla de alimentación externa
Ventana de la lámpara
Programador
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Lección 6 – Calibración del monitor
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Lección 6: Objetivos
Al final de la lección los alumnos deberán poder:• Valorar la importancia de la calibración del
monitor.• Identificar el papel que juega el National
Institute of Standards and Technology en la calibración.
• Calibrar su monitor de ozono.
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Lección 6: Actividades
• Completar una catividad que demuestre la importancia de la calibración.
• Calibrar el monitor.
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¿Por qué es necesario limpiar y calibrar el monitor?Con el paso del tiempo, ciertas cosas hacen que el monitor no mida la “verdadera” cantidad de ozono en la muestra. Algunas de las causas pueden ser:
– Suciedad, polvo u otros gases “sucios” que entran en el monitor y en la célula de medida.
– El scrubber está contaminado por gases “sucios” que ocupan los sitios donde debería producirse la acción disruptora del scrubber.
– La electrónica se ha alterado con el paso del tiempo
03=50ppbv
Cuando el monitor llega a la escuela A, la lectura del monitor es de 50ppbv, ya que sale calibrado de
fábrica.
Si la cantidad “verdadera” de ozono en la muestra de aire es
50ppbv
03=48ppbv
Tras un año o más de funcionamiento, el monitor ya no lle 50 ppbv aunque la cantidad “verdadera”sea de 50 ppbv, por lo es necesaria una calibración del monitor,
para volver a obtener datos correctos.
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Módulo 3 – Adquisición, transferencia y análisis de datos
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Lesson 7 – Data Collection and Interpretation
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Lección 7: Objetivos
Al final de la lección 7, los alumnos deberán poder:
• Representar y analizar los datos obtenidos para detectar tendencias.
• Relacionar sus datos con otros obtenidos en otras escuelas en otros lugares.
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Lección 7: Actividades
• Representar las concentracones de ozono frente al tiempo y frente a parámetros meteorológicos
• Analizar las direcciones y velocidades del viento en otros lugares donde se esté monitorizando el ozono para ver si están afectando a nuestras medidas.
