Implementación de instrumentación óptica para el monitoreo remoto de la calidad del aire

Abstract

En la actualidad, los temas relacionados con el medio ambiente son de gran preocupación a nivel mundial. Los efectos negativos sobre la salud humana y los daños globales debido a la contaminación atmosférica tienen una relación directa entre la concentración en la atmosfera, la exposición y el tiempo medio en que estos permanen en la atmósfera. En Chile el órgano encargado de normar, proteger y conservar la calidad del aire es el Ministerio del Medio Ambiente, el cual dispone de una red de monitoreo nacional online operado a través del Sistema de Información Nacional de la calidad del Aire (SINCA), los cuales estiman la concentración dióxido de nitrógeno NO2 en base a la técnica de quimioluminiscencia. La presente tesis describe el desarrollo de la estabilización para instrumentación óptica en aplicaciones atmosféricas, congelado para la medición de dióxido de nitrógeno NO2 presente en la troposfera, empleando para ello la ley de Beer-Lambert de la absorción óptica diferencial de la luz, por medio de la técnica LP-DOAS (Long Path Diferential Optical Absorption Spectroscopy), la cual establece una relación entre la cantidad de luz absorbida y el numero de moléculas que yacen el camino óptico, la cual es expandible hacia otras especies trazas moleculares presentes en el medio ambiente urbano. El equipo DOAS implementado, fue planeado para funcionar durante regímenes de monitoreo prolongados en el tiempo (» dos-semanas), usando la configuración de LP- DOAS activo, empleando LEDs de alta eficiencia (455nm, 1600mA) como fuentes de luz. Sus componentes permiten las con¯guraciones de montajes, clasificados como biestatico y monoestatico, con longitudes de camino óptico de 1km de distanciamiento. Un sistema de óptica activa actúa para la corrección dinámica de las °uctuaciones de la refracción atmosférica debido a la variabilidad local en el indice de refracción del aire » 1; 41£10¡5, como una función que depende de n = n(¸; T; p;HR) entre el ³a y la noche. Para este propósito se ha diseñado un mecanismo por feedback para el monitoreo continuo de la señal DOAS, usando un divisor de haz desbalanceado (R = 95 %, T = 5 %), una pequeña fracción de la señal recibida es enfocada sobre una cámara CCD de bajo costo usando una lente biconvexa, mientras que la otra porción de la señal es acoplada dentro de la ¯braóptica para la detección del gas traza. El mecanismo de feedback actúa de manera transversal sobre la posición de la lente para compensar los desplazamientos transversales de la señal colectada en el plano focal del telescopio recibidor, asegurando un optimo acoplamiento > 81; 5% dentro de la ¯ óptica, durante el tiempo total de medición, alcanzado el limite mecánico resoluble por el sistema electro-opto-mecánico. Los resultados y detalles de este trabajo aparecen en el artículo enviado.