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CENTRO UNIVERSITARIO DE LA DEFENSA ACADEMIA GENERAL DEL AIRE ESTUDIO DE LA CALIDAD DEL AIRE EN LA ACADEMIA GENERAL DEL AIRE Trabajo Fin de Grado Autor: A. A. D. Ignacio Grueiro Sande (LXVI – CGEA-EOF) Director: Dra. Pilar Sánchez Andrada Co-director: Dr. Luis Miguel Ayuso García Grado en Ingeniería en Organización industrial Curso: 2014/2015 – convocatoria: junio
Tribunal nombrado por la dirección del Centro Universitario de la Defensa de San Javier, el día 8 de mayo de 2015. Presidente: Dra. Dª Teresa Ewa Gúmula Secretario: D. José Luis Roca González Vocal: Dr. D. Fernando Gimeno Bellver Realizado el acto de defensa del Trabajo Fin de Grado, el día____ de _________ de 20____, en el Centro Universitario de la Defensa de San Javier. Calificación: __________________________. EL PRESIDENTE EL SECRETARIO EL VOCAL
ESTUDIO DE LA CALIDAD DEL AIRE EN LA ACADEMIA GENERAL DEL AIRE RESUMEN: El presente trabajo establece las bases para la realización de un estudio de la calidad del aire en la Base Aérea de San Javier. En la introducción se comentan los aspectos más relevantes sobre la calidad del aire y su importancia. Se definen a continuación los objetivos de este trabajo y se tratan las características químicas y toxicológicas más importantes de los contaminantes objetos de estudio. Se aborda posteriormente el estudio y selección de la metodología e instrumentación más apropiada para medir los valores de inmisión de los contaminantes atmosféricos, así como de la ubicación de los captadores de dichas especies en diversos puntos de la AGA. ABSTRACT: This dissertation lays the foundation for a study of air quality in the San Javier Air Base. In the introduction the most relevant aspects of the air quality and their importance are discussed. Then the objectives of this work are defined and the most important chemical and toxicological characteristics of pollutants objects of this study are explained. The study and selection of the most appropriate methodology and instrumentation to measure are later debated for the immission of air pollutants, as well as the location of the different sensors in various parts of the AGA.
A mi familia, por estos cinco años.
Agradecimientos Quiero expresar mi más sincero agradecimiento a la Dra. Pilar Sánchez Andrada por su dedicación e interés en la realización de este trabajo. A todos mis compañeros y amigos de la Academia con los que he compartido cinco años inolvidables. A mis amigos, en especial a David y Luis. A mi familia por su constante apoyo, sin el cual este trabajo no habría sido posible. A todos muchas gracias.
Contenido Introducción ............................................................................... 5 Objetivos ...................................................................................... 9 Antecedentes. ........................................................................... 11 3.1. Introducción .......................................................................................................................... 11 3.2. Contaminantes. ..................................................................................................................... 13 3.2.1. Hidrocarburos (HC).....................................................................................................................13 3.2.2. Monóxido de Carbono (CO)......................................................................................................17 3.2.3. Óxidos de Nitrógeno ( ). ....................................................................................................22 3.3. Descripción de la zona de estudio. ................................................................................ 28 3.3.1. Generalidades: ...............................................................................................................................28 3.3.2. Localización: ...................................................................................................................................29 3.4. La captación pasiva. ............................................................................................................ 31 3.4.1. Métodos continuos y métodos discontinuos. ...................................................................31 3.4.2. Requisitos de la captación ........................................................................................................33 3.4. Meteorología en la zona de estudio. ............................................................................. 38 Instrumentación y metodología de medida. .................. 39 4.1. Introducción .......................................................................................................................... 39 4.3. Material. Captador pasivo: Radiello.............................................................................. 41 4.4. Material. Captador pasivo: Draeger cuerpo difusivo. ............................................ 44 4.5. Transporte y almacenamiento de las muestras. ...................................................... 45 4.6. Métodos de análisis ............................................................................................................. 45 4.6.1. Sistemas de introducción de muestras ...............................................................................46 4.6.2. Tipos de detectores .....................................................................................................................47 Resultados y discusión. ......................................................... 51 1
5.1. Localización............................................................................................................................ 51 5.2. Programa de dispersión de contaminantes: DISPER software .......................... 54 5.2.1. Introducción. ..................................................................................................................................54 5.2.2. Ventajas respecto a otros softwares. ...................................................................................54 5.2.3. Variables que pueden promediar: .........................................................................................55 5.3. Proceso para poder realizar un estudio en la AGA. ................................................ 56 Memoria económica. .............................................................. 57 Propuestas de mejora ............................................................ 59 Conclusiones ............................................................................. 63 Bibliografía................................................................................ 65 2
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Lista de Acrónimos AGA Academia General del Aire BOE Boletín oficial del estado CEE Comunidad Económica Europea CUD Centro Universitario de la Defensa CDC Center For Disease Control CO Monóxido de Carbono EPA Enviromental Protection Agency HC Hidrocarburos ISO International Standart Organization ICAO International Civil Air Organization NOx Óxidos de nitrógeno RD Real Decreto TFG Trabajo Fin de Grado 4
Capítulo 1. Introducción Introducción La preocupación por el medio ambiente ha sido una constante desde finales del siglo XX, en un principio en lo que afectaba solamente a los seres humanos y posteriormente también en lo referente a la gestión de los recursos naturales. Actualmente, dada la sensibilización de la sociedad actual, los recursos dedicados a su protección constituyen un importante esfuerzo por parte de los gobiernos de los países desarrollados. Es por ello que todos los Ministerios se involucran en ello, incluido el Ministerio de Defensa. La calidad del aire, como parte fundamental del medio ambiente, se relaciona con el cambio climático y además tiene efectos inmediatos sobre la población y la naturaleza. En este contexto, se hace necesaria la realización de estudios sobre la calidad del aire y la creación de estaciones de monitorización, ya existentes en la mayoría de comunidades autónomas, que puedan ayudar a estimar la calidad del aire y avisar en caso de que se sobrepasen los valores permitidos de los contaminantes que actualmente se controlan. En cuanto a la normativa que afecta a la calidad del aire, en España se puede encontrar la primera en el BOE de 3 de septiembre de 1968, decreto 2107/1968, de 16 de agosto, sobre el régimen de poblaciones con altos niveles de contaminación atmosférica o de perturbaciones por ruidos y vibraciones, del ministerio de la gobernación. Todavía no existía un ministerio dedicado a la conservación y protección del medio ambiente como en la actualidad. En la Unión Europea, hay que referirse a la cumbre de Paris de 1972 donde los jefes de estado y de gobierno reconocieron que debía prestarse una atención especial al entorno. Surgieron así los programas de política medioambiental comunitaria, siendo la primera normativa la 72/306/CEE: Directiva del Consejo, de 2 de agosto de 1972, relativa a la aproximación de las legislaciones de los Estados miembros sobre las medidas que deben adoptarse contra las emisiones de contaminantes procedentes de los motores diésel destinados a la propulsión de vehículos. No obstante, se admite generalmente que la entrada en vigor del Acta Única Europea, en 1987, fue la reforma determinante para el medio ambiente, puesto que añadió un título específico en el tratado constitutivo de la Comunidad Europea. 5
Capítulo 1. Introducción En el ámbito de la defensa nacional, el Ministerio de Defensa, por las características de las actividades que realiza, estaba en la mayoría de los casos, exento del cumplimiento de las normas de protección ambiental, hecho que cambió en el año 1997, desde entonces dispone de un marco legal propio que intenta hacer compatible la defensa nacional con las buenas prácticas medioambientales. Actualmente, las Directivas núm. 107/1997 y la núm. 42/2010 del ministro de Defensa y la Instrucción 56/2011 del secretario de Estado de Defensa constituyen el marco legal que define la política actual del Ministerio de Defensa en materia de conservación y protección del medio ambiente1. En este sentido, las Fuerzas Armadas cuentan con un Plan General de Medio Ambiente (2007- 2021), en el que se establecen objetivos a medio y largo plazo. Bianualmente se elabora un Plan de Iniciativas de Ambientales de Defensa donde se recogen el conjunto de actuaciones e inversiones previstas para el periodo. Con respecto a las relaciones en materia medioambiental de nuestro país con sus aliados europeos, el Ministerio de Defensa organizó un “Encuentro sobre sostenibilidad y compromiso ambiental de las Fuerzas Armadas en la Unión Europea”, cuyo objetivo principal fue la divulgación de las políticas ambientales y la incorporación del concepto de “defensa sostenible” desde un punto de vista multinacional2. A nivel nacional, cabe también destacar la implementación de Sistemas de Gestión Ambiental en todas las Bases, Acuartelamientos, Campos de Maniobra y Tiro y Centros de Adiestramiento de las Fuerzas Armadas, que son certificados por medio de organismos de certificación independientes. Este compromiso con el medio ambiente queda plasmado en un hecho manifiesto: “España es el país de la Unión Europea que tiene más instalaciones militares certificadas por la norma ambiental ISO 14.001.” 2 La Base Aérea de San Javier, así como el aeropuerto de San Javier-Murcia, dependiente de AENA, cuentan ambos con la certificación ISO 14.001 verificada por AENOR. Dicho esto, es necesario aclarar en este punto que la norma ISO 14.001 en ningún momento controla las emisiones derivadas de la actividad aérea. Es por ello que los objetivos de este Trabajo Fin de Grado son realizar un estudio sobre cómo medir dichas emisiones, cómo evaluar los niveles de inmisión de ciertos contaminantes relacionados con tales emisiones y estudiar si se podrían disminuir o colaborar en su reducción con alguna medida como las establecidas en Plan Nacional de Mejora de la Calidad del Aire de 2011, concernientes a las emisiones procedentes de puertos y aeropuertos. Existen abundantes estudios sobre emisiones de vehículos rodados, calderas, grupos electrógenos, etc. En contraste, esta es un área que nunca ha sido estudiada independientemente, y que sería interesante conocer con el fin de encontrar una manera eficiente de mejorar una actividad de vital importancia, tanto para la defensa nacional como para la economía. 6
Capítulo 1. Introducción Este estudio se centrará en las emisiones de hidrocarburos (HC), óxidos de nitrógeno NOx y monóxido de carbono (CO), ya que son los principales contaminantes de un motor de reacción. Por ejemplo, el motor TFE-731 del CASA C-101, el avión principal de entrenamiento en la Academia General del Aire y el avión que más misiones realiza en la base aérea/aeropuerto de San Javier Se pretende que este trabajo siente las bases para la realización de un estudio de la contaminación producida por la actividad aérea, lo que permitiría una posterior toma de decisiones donde las medidas del Plan Nacional de Mejora de la Calidad del Aire podrían entrar a formar parte como posibles soluciones, así como otras que se plantearan más adelante dependiendo de los resultados obtenidos de dicho estudio. Por otra parte, este estudio puede ser de interés para el Ministerio de Defensa y el Ejercito del Aire, ya que sus resultados pueden redundar en un ahorro por reducción del combustible utilizado o en una propuesta de renovación de las aeronaves por el ahorro significativo de combustible que supondría en comparación con el utilizado por el motor TFE-731 del año 1972, además de demostrar una vez más el interés de dicha administración por la protección del medio ambiente en la zona de operación. Por último, para explicar brevemente la estructura de este trabajo, que ha comenzado con esta introducción, hay que señalar que se continuará explicitando los objetivos que se pretende alcanzar con este estudio; los antecedentes, en los que se explicarán los aspectos más importantes de los contaminantes seleccionados para el estudio; una sección de “Resultados y Discusión” dedicada al desarrollo de cómo se realizaría el estudio, y finalmente un apartado de conclusiones. 7
Capítulo 1. Introducción 8
Capítulo 2. Objetivos Objetivos A continuación se exponen los objetivos generales de este trabajo de fin de grado: 1. Facilitar la realización de un futuro estudio sobre la calidad del aire en la Base Aérea de San Javier derivada de la actividad aérea que en esta se realiza. 2. Estudiar los distintos contaminantes atmosféricos y determinar cómo afectan a los seres humanos y naturaleza. 3. Analizar las condiciones meteorológicas que afectan a la dispersión y concentración de dichos contaminantes. 4. Analizar la normativa aplicable a nivel nacional e internacional en cuanto a concentraciones límites y periodos de exposición. 5. Proponer, si los resultados de un futuro estudio lo demostraran, posibles medidas de actuación para reducir la contaminación producida por la actividad aérea y posibles mejoras a los actuales. 9
Capítulo 2. Objetivos 10
Capítulo 3. Antecedentes. Antecedentes. 3.1. Introducción La calidad del aire viene determinada por la presencia en la atmósfera de contaminantes atmosféricos, que pueden ser material particulado o contaminantes gaseosos. La normativa vigente en materia de calidad del aire establece unos niveles de contaminantes en la atmósfera que no deben sobrepasarse en aras de la protección de la salud y de los ecosistemas. A continuación se muestra a modo de ejemplo la tabla de emisiones de la ICAO (International Civil Aviation Organization) del motor TFE-731 del CASA C-101, que emite en gramos por kilogramo de combustible consumido3: HC CO T/O 0,114 1,394 15,25 C/O 0,128 2,03 13,08 App 4,26 22,38 5,90 Idle 20,04 58,6 2,82 Tabla 3.1. Emisiones del motor TFE-731. Donde T/O significa “at take off condition” (en condiciones de despegue), C/O “climb out condition” (en condiciones de ascenso), App “approach condition” (en condiciones de aproximacion) e Idle “idle condition” (punto muerto o al ralenti). El objetivo de la legislación en materia de contaminación atmosférica es preservar la calidad del aire para evitar, prevenir o reducir los efectos nocivos potenciales que la 11
Capítulo 3. Antecedentes. presencia de ciertos compuestos atmosféricos pueda ocasionar en la salud humana y el medio ambiente en su conjunto4. Con esta intención, la legislación establece los valores límite en las emisiones a la atmósfera de agentes contaminantes y regula unos valores de referencia para los niveles de contaminación en el aire ambiente (niveles de inmisión). Los “valores límite” son niveles de concentración de un contaminante en el aire fijados con arreglo a los conocimientos científicos con el fin de evitar, prevenir o reducir los efectos nocivos para la salud humana y el medio ambiente. Se tienen en cuenta los valores límite en distintos periodos de tiempo: horario, diario, anual, además, en algunos contaminantes, se aplica un valor límite octohorario. El valor límite se expresará en μg/m3.El volumen debe ser referido a una temperatura de 293 K y a una presión de 101,3 kPa. La Unión Europea establece los valores límites de los contaminantes en su Directiva 2008/50/CE del Parlamento Europeo y del Consejo de 21 de mayo de 2008 relativa a la calidad del aire ambiente y a una atmósfera más limpia en Europa. La transposición de esta directiva a la normativa española se plasma en el Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire. La unidad de medición de contaminantes en ambas normativas es para las partículas, microgramos de contaminante por metro cúbico. En el caso de los gases, las unidades son las partes por millón. Destacar en este punto la diferencia entre inmisión y emisión, conceptos que aparecen a lo largo del trabajo así como en la normativa. Inmisión, es la transferencia de contaminantes del aire desde la atmósfera libre a un receptor tal como un ser humano, planta o edificio. La suma de las inmisiones en un intervalo de tiempo da la dosis de inmisión, o sea la cantidad total de contaminantes del aire admitido, aspirado, absorbido o ingerido por parte del receptor. Emisión, es la transferencia o descarga de sustancias contaminantes del aire desde la fuente a la atmósfera libre. El punto o la superficie donde se efectúa la descarga se denomina "fuente"5. 12
Capítulo 3. Antecedentes. 3.2. Contaminantes. 3.2.1. Hidrocarburos (HC). Durante la reacción de combustión, tanto en automóviles como en aeronaves, cierta parte de combustible no se quema y es emitido junto con el resto de gases de escape. Como hidrocarburos es un término muy amplio, se concretarán algunas características sólo de los directamente implicados o relacionados con esta memoria. Para ello, se han tomado como referencia las características del combustible de aviación usado por las aeronaves, denominado JP-8 y como producto estándar el que aparece en la Hoja de Datos de Seguridad de Materiales (MSDS) de CITGO Turbine Fuel, Jet JP-86. En dicho informe se puede observar que el hidrocarburo predominante es el queroseno, una mezcla de HC, hidrodesulfurizado y que puede contener etilbenceno y naftaleno en concentraciones próximas al 0,1% respectivamente. Así pues, en este apartado se estudiarán únicamente los compuestos de la combustión del queroseno, ya que a efectos prácticos son los que nos interesan. Productos de una combustión Productos de una combustión completa ideal no ideal • CO2 • CO2 • H2O • H2O • N2 • N2 • O2 • O2 • SO2 • SOX • CO • HC • hollín Figura 3.1. Productos esperados en una reacción de combustión completa ideal y en una combustión no ideal. El principal hidrocarburo de una combustión no ideal del queroseno es el benceno y es en este compuesto en el que nos centraremos en primer lugar. 13
Capítulo 3. Antecedentes. Benceno7. El benceno es un componente del destilado del alquitrán de hulla y del petróleo, y un contaminante del aire que se encuentra en los gases de escape de los automóviles. Es la molécula cabeza de serie de un grupo de compuestos conocidos como “arenos” o hidrocarburos aromáticos, que exhiben una reactividad diferente a la que muestran otros hidrocarburos insaturados. El benceno es un hidrocarburo cíclico poliinsaturado de fórmula molecular C6H6, con forma de anillo hexagonal que contiene tres dobles enlaces conjugados, conocido como anillo bencénico, o aromático. El término aromático es histórico y deriva del hecho de que muchos compuestos fragantes de origen natural contienen la unidad benceno. Sin embargo, actualmente, el término aromaticidad posee un significado científico más amplio, y refiere a estructuras cíclicas planas que poseen una estructura electrónica particular que las dota de una especial estabilidad. 8 Figura 3.2. Estructura de la molécula de benceno. El benceno, conocido también como benzol, es un líquido incoloro de olor dulce. Es sumamente inflamable, se evapora al aire rápidamente y es sólo ligeramente soluble en agua. Se encuentra en el aire, el agua y el suelo y proviene tanto de fuentes industriales como naturales. El benceno fue descubierto y producido a partir de alquitrán en el siglo XIX. Hoy en día, la mayoría del benceno se produce por fraccionamiento del petróleo. Debido a su extenso uso, es una de las 20 sustancias químicas más producidas en los Estados Unidos en términos de volumen. Las fuentes naturales de benceno, entre las que se incluyen los gases emitidos por volcanes y los incendios forestales, también contribuyen a la presencia de benceno en el medio ambiente. El benceno también se encuentra en el petróleo y la gasolina y en el humo de cigarrillos. 14
Capítulo 3. Antecedentes. Benceno en el medio ambiente. Este compuesto puede pasar al aire desde la superficie del agua y del suelo. Una vez en el aire, reacciona con otras sustancias químicas y se degrada en unos días. Además, en el aire puede ser arrastrado al suelo por la lluvia o la nieve. El benceno se degrada más lentamente en el agua y el suelo. Debido a que es poco soluble en agua, puede pasar a través del suelo hacia el agua subterránea. Toxicocinética. Aproximadamente el 50% del benceno en el aire se absorbe rápidamente a través de los pulmones. Si se ingiere más del 90% se capta a través del tracto intestinal. La cantidad absorbida se distribuye rápidamente por todo el cuerpo y tiende a acumularse en los tejidos grasos. El hígado cumple una importante función en el metabolismo de benceno, que resulta en la producción de varios metabolitos reactivos. A niveles de exposición bajos, el benceno se metaboliza y se excreta predominantemente como metabolitos urinarios. A niveles de exposición más altos, las vías metabólicas parecen saturarse y una gran proporción de la dosis absorbida de benceno se excreta como el compuesto original en el aire exhalado. Toxicidad4. Respirar, inhalar, aspirar, inspirar o ingerir niveles de benceno muy altos puede causar la muerte, mientras que niveles bajos pueden causar somnolencia, mareo, alucinaciones, aceleración del latido del corazón o taquicardia, dolores de cabeza, migrañas, temblores, tiritar, confusión y pérdida del conocimiento. Ingerir altos niveles de benceno puede causar vómitos o acidez, irritación del estómago, úlceras estomacales, mareo, somnolencia o convulsiones; y en último extremo la muerte. También produce efectos nocivos en la médula ósea y puede causar una disminución en el número de glóbulos rojos, produciendo anemia. Además puede provocar hemorragias y daños en el sistema inmunitario, aumentando así las posibilidades de contraer infecciones por inmunodepresión. El Departamento de Salud y Servicios Humanos de los Estados Unidos (DHHS) ha determinado que el benceno es un reconocido carcinógeno en seres humanos y otros 15
Capítulo 3. Antecedentes. mamíferos lactantes. La exposición de larga duración a altos niveles de benceno en el aire puede producir leucemia, así como cáncer de colon. Valores límite. En la tabla siguiente se muestran los valores de concentración de benceno en el aire según Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire. 16
Capítulo 3. Antecedentes. Período de Valor Margen de tolerancia Fecha de promedio límite cumplimiento del valor límite Valor límite. Año civil. 5 μg/m3 5 μg/m3 a 13 de diciembre de 2000, Debe alcanzarse porcentaje que se reducirá el 1 de el 1 de enero de enero de 2006 y en lo sucesivo, cada 2010. 12 meses, en 1 μg/m3 hasta alcanzar un 0% el 1 de enero de 2010. 5 μg/m3, en las zonas y aglomeraciones en las que se haya concedido una prórroga de acuerdo con el artículo 23. Tabla 3.2. Límites de concentración del benceno. 3.2.2. Monóxido de Carbono (CO). Definición9. El monóxido de carbono es un gas tóxico, inodoro, incoloro e insípido, parcialmente soluble en agua, alcohol y benceno, resultado de la oxidación incompleta del carbón e hidrocarburos durante el proceso de combustión. Consta de un átomo de carbono unido mediante enlace covalente múltiple a un átomo de oxígeno. Es un gas inflamable y muy peligroso. Se desprende en toda combustión defectuosa realizada en condiciones de falta de oxígeno y es causa de accidentes debidos a calefacciones domésticas mal regladas. Se produce tanto por actividades humanas como por fuentes naturales. Siendo la fuente más importante los gases de escape de los automóviles. El monóxido de carbono juega un papel muy importante en la tecnología actual, siendo el precursor de cientos de productos. Por esta razón, son muchos los métodos que se han desarrollado para su obtención10. En el plano industrial, el monóxido de carbono es uno de los principales gases implicados en la manufactura de productos químicos. Así, en presencia del catalizador adecuado, los alquenos reaccionan con monóxido de carbono e hidrógeno para generar aldehídos, 17
Capítulo 3. Antecedentes. que a su vez pueden reducirse fácilmente a alcoholes primarios mediante una hidrogenación catalítica. Se produce a gran escala y asociado al hidrógeno en el refino de hidrocarburos, normalmente del gas natural. Se utiliza en grandes cantidades para la síntesis de ciertos intermediarios orgánicos como ácidos acéticos, isocianatos, ácido fórmico, y ciertos polímeros (policarbonatos, policetonas). Monóxido de Carbono en el medio ambiente. El monóxido de carbono que podemos encontrar en el ambiente proviene principalmente de fuentes naturales y de la quema de combustibles. Se difunde por la atmósfera y se distribuye a nivel mundial por el viento. Como resultado, los niveles de monóxido de carbono suelen ser mayores a sotavento de la fuente. Permanece en el aire aproximadamente 2 meses, y se oxida en él al reaccionar con otras sustancias químicas transformándose en dióxido de carbono (CO2). Las condiciones de calor en el suelo favorecen su absorción, mientras que las condiciones de atmosfera caliente y seca favorecen su liberación. En el suelo y agua es degradado a dióxido de carbono por acción de microorganismos. El monóxido de carbono no se acumula en las cadenas tróficas. Toxicocinética. Tras la inhalación del aire contaminado por monóxido de carbono, éste alcanza rápidamente diversas partes del organismo, incluyendo la sangre, el cerebro, el corazón y los músculos. En la sangre, el monóxido de carbono se distribuye rápidamente en los eritrocitos, donde existe principalmente complejado con la hemoglobina (Hb) para formar carboxihemoglobina (COHb). En el músculo, se compleja con la mioglobina formando otra forma de carboxihemoglobina (COMb). En las gestantes, se distribuye a los tejidos fetales y se une a la Hb fetal y otras hemoproteínas. El monóxido de carbono se elimina del cuerpo predominantemente a través de la exhalación y menos de un 10% por metabolismo oxidativo. 18
Capítulo 3. Antecedentes. Toxicidad11. El envenenamiento por monóxido de carbono causa multitud de efectos debido a la inhibición de la oxidación celular, produciendo hipoxia en el tejido y envenenamiento celular. Los síntomas clínicos de un envenenamiento leve no son específicos y pueden imitar a los de una enfermedad viral no específica, con vómitos, dolor de cabeza, malestar, debilidad, fatiga y falta de respiración. Los principales indicios del envenenamiento por monóxido de carbono se desarrollan en los sistemas de órganos más dependientes en el uso de oxigeno: el sistema nervioso central y en el miocardio. Toxicidad leve: Pequeñas exposiciones pueden producir un intenso dolor de cabeza en el lóbulo temporal o frontal, fatiga, disnea y mareo. Después de la exposición, los pacientes que sufren enfermedades cardiovasculares o cerebrovasculares pueden sufrir un empeoramiento, por ejemplo isquemia o infarto de miocardio, o derrame cerebral. Toxicidad moderada: Exposiciones moderadas pueden producir fuertes dolores de cabeza, debilidad, mareos, náuseas, vómitos, síncope, taquicardia y taquipnea, seguidos por bradicardia y bradipnea, sofocos, cianosis, sudoración, disminución de la atención, disminución de la destreza manual, reducción en el desempeño de tareas sensitivo-motoras, aumento del tiempo de reacción, dificultad al pensar, reducción del juicio, vista borrosa u oscurecida, ataxia, pérdida del control muscular, silbidos o fuertes zumbidos en el oído, somnolencia, alucinaciones y toxicidad cardiovascular. Toxicidad grave: Exposiciones graves pueden producir síncope, ataques, confusión, desorientación, convulsiones, evacuación involuntaria, ampollas, toxicidad cardiovascular, disritmias ventriculares, depresión cardiorrespiratoria, edema pulmonar, fallo respiratorio, estupor, perdida del conocimiento, coma, colapso y muerte. A corto-medio plazo pueden producirse efectos neuropsiquiátricos, que pueden aparecer varios días después de la exposición. Estos incluyen estado vegetativo, 19
Capítulo 3. Antecedentes. parkinsonismo, apraxia, agnosia, problemas en la vista, estado amnésico, depresión, demencia, psicosis, parálisis, movimientos espasmódicos de cara, brazos y piernas, ceguera cortical, neuropatía periférica e incontinencia. Pueden producirse también cambios de personalidad, con incremento de la irritabilidad, agresión verbal, violencia, impulsividad y mal humor. Los siguientes efectos crónicos (a largo plazo) pueden producirse algún tiempo después de la exposición al monóxido de carbono y pueden durar meses o años: afectación del corazón y daño en el sistema nervioso. Riesgo durante el embarazo de efectos adversos para el feto. Fumar aumenta la exposición al monóxido de carbono, puediendo causar enfermedades cardíacas, así como cáncer de pulmón, enfisema y otros problemas respiratorios. Puede agravar las afecciones respiratorias causadas por la exposición química. Para proteger grupos de no fumadores, personas ancianas y de mediana edad con enfermedad de las arterias coronarias, de ataques cardíacos isquémicos agudos, y proteger los fetos de mujeres embarazadas no fumadoras de efectos hipóxicos perjudiciales, no debería excederse un nivel de carboxihemoglobina del 2,5 %. Valores límite. En la tabla siguiente se muestran los valores de concentración del monóxido de carbono en el aire según Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire. 20
Capítulo 3. Antecedentes. Valor límite del monóxido de carbono para la protección de la salud: Período de Valor límite Fecha de promedio cumplimiento del valor límite Valor límite. Máxima diaria de 10 mg/m3 2 En vigor desde el 1 las medias móviles de enero de 2005. octohorarias.1 Tabla 3.3. Límites de concentración del monóxido de carbono. 1 La concentración máxima de las medias móviles octohorarias correspondientes a un día se escogerá examinando las medias móviles de ocho horas, calculadas a partir de datos horarios y que se actualizarán cada hora. Cada media octohoraria así calculada se atribuirá al día en que termine el período, es decir, el primer período de cálculo para cualquier día dado será el período que comience a las 17:00 de la víspera y termine a la 1:00 de ese día; el último período de cálculo para cualquier día dado será el que transcurra entre las 16:00 y las 24:00 de ese día. 2 El valor límite se expresará en mg/m3. El volumen debe ser referido a una temperatura de 293 K y a una presión de 101,3 kPa. 21
Capítulo 3. Antecedentes. 3.2.3. Óxidos de Nitrógeno ( ). Definición12. El NOx es un término genérico que hace referencia a un grupo de gases muy reactivos [principalmente monóxido de nitrógeno u óxido nítrico (NO), monóxido de dinitrógeno (N2O) y dióxido de nitrógeno (NO2)] que contienen nitrógeno y oxígeno en diversas proporciones. El N2O procede fundamentalmente de fuentes naturales y actividades agrícolas; la principal es la desnitrificación microbiana del nitrógeno de origen proteico. El NO y el NO2 tienen un origen principalmente antropogénico, en especial en reacciones de combustión a temperatura elevada. El óxido nítrico (NO) y el dióxido de nitrógeno del aire urbano se producen a través de dos procesos consecutivos. En primer lugar, las altas temperaturas alcanzadas en las combustiones provocan la combinación directa del oxígeno y el nitrógeno del aire para dar óxido nítrico (NO), y éste luego se oxida parcialmente a NO2. Por tanto, las instalaciones fijas de combustión, los vehículos de gasolina, y los motores diésel emiten óxidos de nitrógeno con proporciones variables de NO2 y NO. Posteriormente, el NO introducido en la atmósfera urbana por las fuentes emisoras se oxida a NO 2, principalmente por reacciones fotoquímicas. El dióxido de nitrógeno13 es el principal contaminante de los óxidos de nitrógeno, y se forma como subproducto en todas las combustiones llevadas a cabo a altas temperaturas. Se trata de una sustancia de color amarillento, que se forma en los procesos de combustión en los vehículos motorizados y las plantas termoeléctricas. Es un gas tóxico, irritante y precursor de la formación de partículas de nitrato, que conllevan la producción de ácidos y elevados niveles de PM2.5 (partículas en suspensión de menos de 2,5 micras) en el ambiente. Presenta buena solubilidad en agua, con la que reacciona para formar ácido nítrico (HNO3) según la reacción: NO2 + H2O -> 2 HNO3 + NO. Este ácido es un oxidante fuerte y reacciona violentamente con materiales combustibles y reductores, pudiendo atacar materiales metálicos en presencia de agua. 22
Capítulo 3. Antecedentes. Óxidos de Nitrógeno en el medio ambiente. Las fuentes más comunes de óxidos de nitrógeno en la naturaleza, son la descomposición bacteriana de nitratos orgánicos, los incendios forestales, quema de rastrojos y la actividad volcánica. Las principales fuentes antropogénicas de emisión son los escapes de los vehículos motorizados y la quema de combustibles fósiles. Otros focos de menor relevancia, son los que involucran procesos biológicos de los suelos, en los que se produce la emisión de nitritos (NO2-) por parte de los microorganismos. La población general está expuesta a los óxidos de nitrógeno principalmente al respirarlos en el aire. La que vive cerca de fuentes de combustión como por ejemplo plantas de energía que queman carbón o de áreas donde hay intenso uso de vehículos motorizados puede estar expuesta a niveles de óxidos de nitrógeno más elevados. Las viviendas que queman mucha madera o que usan calentadores de queroseno y cocinas de gas tienden a tener niveles de óxidos de nitrógeno más altos en su interior comparadas a viviendas que no usan estos artículos. El monóxido de nitrógeno y el dióxido de nitrógeno están presentes en el humo de tabaco, por lo tanto, la gente que fuma o que inhala humo de tabaco de manera pasiva está expuesta a los óxidos de nitrógeno. Los trabajadores de plantas que producen ácido nítrico o ciertos explosivos tales como dinamita o trinitrotolueno (TNT), como también los trabajadores que sueldan metales, pueden inhalar óxidos de nitrógeno en el trabajo. Toxicocinética. Los óxidos de nitrógeno tienen una vida media de un día en su camino reactivo hacia la formación de ácido nítrico. El ácido nítrico formado se elimina de la atmósfera por deposición directa en el suelo o por disolución en las gotas de agua (nubes o agua de lluvia) que contribuyen directamente a la deposición ácida. A continuación se presentan las reacciones más importantes involucradas en la formación y evolución de los óxidos de nitrógeno en la atmósfera. 23
Capítulo 3. Antecedentes. El proceso de formación tiene lugar a través de dos reacciones, siendo la primera muy endotérmica, por lo que sólo ocurre a temperatura muy elevada; el equilibrio de la segunda se desplaza de forma rápida hacia la izquierda conforme se reduce la temperatura, por lo que es de esperar una mayor proporción de NO: N2 + O2 2 NO 2 NO + O2 2 NO2 Esquema 1: Formación del NO2 a partir del nitrógeno y oxígeno. Los óxidos de nitrógeno experimentan un ciclo fotolítico en la atmósfera, por acción de la luz solar, incrementándose la proporción de NO presente y apareciendo el ozono como contaminante secundario: NO2 + h O· + NO O2 + O· O3 O3 + NO NO2 + O2 Esquema 2: Ciclo fotolítico de los óxidos de nitrógeno. También evolucionan en la atmósfera por oxidación diurna, a partir de radicales hidroxilo e hidroxiperoxilo, reacciones que se ven favorecidas en áreas con presencia de monóxido de carbono: OH · + NO HNO2 OH · + NO2 HNO3 O2H · + NO NO2 + OH · O2H · + NO2 O2 + HNO2 Esquema 3: Evolución de los óxidos de nitrógeno por oxidación. Por oxidación nocturna, a partir de ozono: O3 + NO2 NO3 + O2 NO3 + NO2 2 HNO3 Esquema 4: Evolución de los óxidos de nitrógeno por oxidación nocturna. 24
Capítulo 3. Antecedentes. Y también pueden ser eliminados en el suelo. Toxicidad14 La mayoría de los efectos de los óxidos de nitrógeno aparecen en los ojos, la piel y las vías respiratorias. El dióxido de nitrógeno es una sustancia corrosiva que, cómo se avanzó antes, forma ácidos nítrico y nitroso al contacto con el agua; es más tóxico que el óxido nítrico, excepto a concentraciones letales en las que el óxido nítrico puede matar más rápidamente. La exposición a los óxidos de nitrógeno puede puede afectar al sistema respiratorio, incluyendo edema pulmonar, neumonitis, bronquitis, bronquiolitis, enfisema, y posiblemente metahemoglobinemia. Tos, hiperpnea, y disnea. El daño en los bronquiolos puede resultar en un episodio que amenace la vida varias semanas después de la exposición, implicando tos, respiración rápida y superficial, latido del corazón rápido, y la oxigenación inadecuada de los tejidos. Las poblaciones que pueden ser particularmente sensibles a los óxidos de nitrógeno son los asmáticos y las personas con enfermedad pulmonar obstructiva crónica o enfermedad cardíaca. Exposición Aguda: El dióxido de nitrógeno se cree que daña los pulmones de tres maneras: (1) se convierte a ácidos nítrico y nitroso en las vías respiratorias distales, que dañan directamente ciertas células pulmonares estructural y funcionalmente; (2) inicia la generación de radicales libres, lo que resulta en la oxidación de proteínas, peroxidación de lípidos, y daño de la membrana celular; y (3) reduce la resistencia a la infección mediante la alteración de los macrófagos y la función inmune. Puede haber una respuesta inmediata a la exposición a los vapores de óxido de nitrógeno que pueden incluir tos, fatiga, náuseas, ahogo, dolor de cabeza, dolor abdominal y dificultad para respirar. Un período libre de síntomas, de 3 a 30 horas puede ser seguido por la aparición de edema pulmonar con ansiedad, confusión mental, letargo y pérdida de conciencia. Si se sobrevive, este episodio puede ser seguido por bronquiolitis obliterante (obstrucción fibrosa de los bronquiolos) varias semanas después. Cualquiera de estas fases puede ser fatal. 25
Capítulo 3. Antecedentes. Aparato respiratorio: Los óxidos de nitrógeno son irritantes respiratorios. Principalmente la toxicidad se produce en el tracto respiratorio inferior. Las concentraciones bajas pueden causar inicialmente falta leve de aliento y tos; luego, después de un período de horas o días, las víctimas pueden sufrir broncoespasmo y edema pulmonar. La inhalación de concentraciones muy altas puede causar rápidamente quemaduras, espasmos, hinchazón de los tejidos en la garganta, la obstrucción de la vía aérea superior y la muerte. Respecto a sus efectos en el sistema cardiovascular, la absorción de óxidos de nitrógeno puede conducir a un pulso débil, corazón dilatado, congestión del pecho, y el colapso circulatorio. Por otra parte, en relación a sus efectos hematológicos, la exposición de alta dosis puede convertir Fe+2 en la hemoglobina a Fe+3, en virtud de la presencia de óxido nítrico (NO), causando metahemoglobinemia y disminuación en el transporte de oxígeno. Los óxidos de nitrógeno son también irritantes de la piel y corrosivos. La humedad de la piel en contacto con altas concentraciones de vapor de dióxido de nitrógeno puede resultar en la formación de ácido nítrico y conducir a quemaduras en la piel de segundo y tercer grado. El ácido nítrico también puede causar coloración amarillenta de la piel y erosión del esmalte dental. Además, los óxidos de nitrógeno causan quemaduras oculares graves tras un breve contacto. Las altas concentraciones de gas causan la irritación y, después de una exposición prolongada, opacidad de la superficie del ojo y ceguera. La exposición crónica a los óxidos de nitrógeno se asocia con un mayor riesgo de infecciones respiratorias en los niños. Se puede producir enfermedad pulmonar restrictiva y obstructiva permanente. Valores límite. En la tabla siguiente se recogen los valores límite del dióxido de nitrógeno para la protección de la salud y el nivel crítico de los óxidos de nitrógeno para la protección de la vegetación. Según se recoge en el Real Decreto 102/2011, de 28 de enero, relativo a la mejora de la calidad del aire. 26
Capítulo 3. Antecedentes. Período de Valor límite Margen de tolerancia Fecha de promedio cumplimiento del valor límite 1. Valor límite 1 hora. 200 μg/m3 de 50 % a 19 de julio de 1999, valor Debe horario. NO2 que no que se reducirá el 1 de enero de alcanzarse el 1 podrán 2001 y, en lo sucesivo, cada 12 de enero de superarse en meses, en porcentajes anuales 2010. más de 18 idénticos, hasta alcanzar un 0 % el ocasiones por 1 de enero de 2010. año civil. 50 % en las zonas y aglomeraciones en las que se haya concedido una prórroga de acuerdo con el artículo 23. 2. Valor límite 1 año 40 μg/m3 de 50 % a 19 de julio de 1999, valor Debe anual. civil. NO2 que se reducirá el 1 de enero de alcanzarse el 1 2001 y, en lo sucesivo, cada 12 de enero de meses, en porcentajes anuales 2010. idénticos, hasta alcanzar un 0 % el 1 de enero de 2010. 50 % en las zonas y aglomeraciones en las que se haya concedido una prórroga de acuerdo con el artículo 23. 3. Nivel crítico 1 año civil. 30 μg/m3 de Ninguno. En vigor desde (1). NOx el 11 de junio (expresado de 2008. como NO2). Tabla 3.4. Límite del dióxido de nitrógeno para la protección de la salud y nivel crítico de los óxidos de nitrógeno para la protección de la vegetación. 27
Capítulo 3. Antecedentes. (1) Para la aplicación de este nivel crítico solo se tomarán en consideración los datos obtenidos en las estaciones de medición definidas en el apartado II.b del anexo III del Real Decreto. Umbral de alerta del dióxido de nitrógeno El valor correspondiente al umbral de alerta del dióxido de nitrógeno se sitúa en 400 μg/m³. Se considerará superado cuando durante tres horas consecutivas se exceda dicho valor cada hora en lugares representativos de la calidad del aire en un área de, como mínimo, 100 km² o en una zona o aglomeración entera, tomando la superficie que sea menor. 3.3. Descripción de la zona de estudio. 3.3.1. Generalidades: En la Academia General del Aire (AGA), dependencia operativamente del Mando de Personal (MAPER) y orgánicamente del Mando Aéreo General (MAGEN), las aeronaves que tiene actualmente en uso para llevar a cabo su misión son el Casa C-101 -Aviojet- (E.25) y la Enaer T-35C - Tamiz- La misión de la AGA es formar a todos los futuros Oficiales del Ejército del Aire. El sistema de enseñanza militar está integrado en el Sistema Educativo General y proporciona a los alumnos la capacitación para la incorporación a sus respectivas escalas, además, en el caso de los alumnos de la enseñanza militar de formación de oficiales del Cuerpo General, al finalizar sus estudios obtienen el empleo de teniente del Ejército del Aire y el título de Grado de Ingeniero de Organización Industrial. En cuanto a la formación aeronáutica de los alumnos, cabe resaltar lo siguiente: La enseñanza de vuelo en la Academia General del Aire, se compone fundamentalmente de materias teóricas y teórico-prácticas que son impartidas a lo largo de la formación de los alumnos. Los contenidos de las asignaturas y las fases de enseñanza en vuelo se 28
Capítulo 3. Antecedentes. ajustan a los requisitos del Ejército del Aire y a la normativa JAR-FCL y JAR-OPS de Aviación Civil. La enseñanza en vuelo se divide en dos fases principales: Fase I (Selectiva-Elemental) 791 Escuadrón El Escuadrón 791 de vuelo Elemental depende orgánicamente del Grupo de Fuerzas Aéreas de la AGA. Es el encargado de impartir la asignatura Sistemas y Procedimientos de Vuelo I, que corresponde con la fase de vuelo inicial para los alumnos que realizan su formación aeronáutica como pilotos. Durante el desarrollo de esta fase, los alumnos- pilotos realizarán un total de 48 horas de vuelo, en el avión Enaer T-35 "Pillán" de fabricación chilena y cuya denominación en el Ejército del Aire es E-26. Fase II (Básica) 793 Escuadrón El 793 Escuadrón de vuelo Básico, con igual dependencia orgánica que el anterior, es el encargado de impartir la asignatura Sistemas y Procedimientos de Vuelo II, que corresponde con la fase de vuelo Básico para los alumnos que realizan su formación como pilotos. Durante el desarrollo de esta fase, los alumnos-pilotos realizan un total de 110 horas de vuelo en el avión a reacción de enseñanza E-25 (Casa C-101) de fabricación nacional. 3.3.2. Localización: La Academia General del Aire se encuentra ubicada en la Base Aérea de San Javier, que está situada junto al Mar Menor, en la región de Murcia. En la figura siguiente se muestra un mapa de la Academia General del Aire de San Javier. 29
Capítulo 3. Antecedentes. Figura 3.2. Mapa Academia General del Aire. 30
Capítulo 3. Antecedentes. 3.4. La captación pasiva15. A continuación de describirán brevemente los métodos más importantes utilizados en la captación de contaminantes atmosféricos para que después puedan ser analizados adecuadamente y poder medir sus concentraciones en el aire. 3.4.1. Métodos continuos y métodos discontinuos. Los métodos continuos implican la captación y análisis del contaminante en el punto de muestreo, de forma continua y automática, mientras que los métodos discontinuos suponen la captación del contaminante en el punto de muestreo, el transporte del contaminante captado al laboratorio y su posterior análisis. Tanto los métodos continuos como los discontinuos son aplicables en las medidas de emisión y de inmisión de contaminantes atmosféricos. Muestreo En los estudios de contaminación atmosférica, la técnica de muestreo o captación del contaminante está ligada al método de análisis. Programas de muestreo El muestreo de contaminantes atmosféricos depende de los objetivos del mismo, pudiéndose diferenciar tres tipos de muestreo: 1. Muestreo continúo: consiste en tomar muestras de forma continua a lo largo del año. Este muestreo continuo puede ser en tiempo real (en el caso de los analizadores automáticos) o en períodos de 24 horas o tiempos inferiores o superiores predefinidos. 2. Muestreo periódico: Basado en un plan predefinido y consistente básicamente en: a. Muestreo por estaciones. Por ejemplo, un mes o dos semanas cada período estacional. b. Un día de cada ocho. Muy útil cuando hay limitaciones económicas o de recursos humanos. De esta manera, se tienen muestras representativas de todos los días del año. 31
Capítulo 3. Antecedentes. c. Muestreo puntual: Determinados días y horas. Métodos de muestreo La elección del método de muestreo, y por tanto de la técnica de análisis, según lo comentado anteriormente, se realizará según los objetivos de la vigilancia o control y de los recursos disponibles, debiendo elegirse entre los que cumplen los objetivos a alcanzar, el más sencillo. La utilización de equipos inapropiados, demasiado complejos o con fallos frecuentes puede causar el fracaso de la red de vigilancia. Algunos de los parámetros a tener en cuenta son: 1. Objetivos. 2. Tiempo de resolución requerido. 3. Consultas con otros usuarios. 4. Referencias a reglamentos legales y/o normas. 5. Presupuesto económico. La metodología para la medida de los contaminantes atmosféricos se puede dividir en cuatro tipos, que cubren los más amplios rangos de costes y características de funcionamiento. Los muestreadores pasivos y activos corresponden a metodología discontinua, implicando el posterior análisis en el laboratorio, mientras que los analizadores automáticos y sensores remotos pertenecen a la metodología continua, proporcionando los datos en tiempo real. Estos cuatro tipos de técnicas son aplicables a la determinación de los niveles de contaminantes en el aire ambiente, aunque en la actualidad, las más utilizadas son las de los muestreadores activos, muestreadores pasivos y los analizadores automáticos, pues los sensores remotos, aunque dan valores de multicontaminantes a lo largo de una distancia, no suelen introducirse en las redes de vigilancia de calidad atmosférica, por no adecuarse a la legislación y a las Directivas comunitarias. En las determinaciones de valores de emisión de contaminantes atmosféricos, sólo los muestreadores activos y los analizadores automáticos son utilizados. En la tabla siguiente se resumen las ventajas e inconvenientes más relevantes de los métodos de captación de contaminantes atmosféricos. 32
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