DocsTec-10102

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INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE 
MONTERREY 
CAMPUS MONTERREY 
PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERIA 
 
DETERMINACIÓN DE PERFILES DE EMISIÓN DE COMPUESTOS 
ORGÁNICOS VOLATILES DE FUENTES MÓVILES A PARTIR DE 
MEDICIONES EN EL TÚNEL DE LA LOMA LARGA DEL ÁREA 
METROPOLITANA DE MONTERREY 
 
TESIS 
PRESENTADA COMO REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL GRADO 
ACADÉMICO DE 
 
MAESTRO EN CIENCIAS 
CON ESPECIALIDAD EN SISTEMAS AMBIENTALES 
 
ALEJANDRO ELIUD ARAIZAGA ESQUIVEL 
 
DICIEMBRE DE 2009 
 
INSTITUTO TECNOLÓGICO Y DE ESTUDIOS SUPERIORES DE MONTERREY 
CAMPUS MONTERREY 
 
DIVISIÓN DE INGENIERÍA Y ARQUITECTURA 
PROGRAMA DE GRADUADOS EN INGENIERÍA 
 
 Los miembros del comité de tesis recomendamos que la presente tesis del Ingeniero 
Alejandro Eliud Arai sea aceptada como requisito parcial para obtener el grado académico 
de Maestro en Ciencias con especialidad en: 
SISTEMAS AMBIENTALES 
 
Comité de tesis: 
 
______________________________ 
Ph.D. Miguel Ángel López Zavala 
ASESOR 
 
___________________________ __________________________ 
 Dr. Jorge Eduardo Loyo Rosales Dr. Roberto Parra Saldívar 
 SINODAL SINODAL 
______________________________ 
Dr. Joaquín Acevedo Mascarúa 
Director del Programa de Graduados en Ingeniería 
Mayo de 2010
 
DEDICATORIA 
A mis padres Alejandro Rafael Araizaga Salazar y Patricia Cristina Esquivel 
Ferriño, quienes me han apoyado en toda mi vida gracias a ellos dos soy la 
persona que soy ahorita, tengo muchas cosas que agradecerles y sobre todo 
que en este periodo de mi vida siguen conmigo, cada uno me apoyo a su 
manera en este proyecto y en mi estancia en la maestría. Gracias a los dos 
siempre estarán en mi corazón 
A mis hermanos y hermana Pato, Cristy y Rafa que han crecido conmigo, su 
apoyo fue incondicional en todo momento y cada uno me ayudo en este trabajo 
con sus recursos. Gracias hermanos, espero poder ayudarles como ustedes 
me ayudaron en un futuro. 
A mi abuelita Dolores, que siempre pedía por mí para que las cosas me 
salieran bien y que deseaba que todo lo que hiciera fuera excelente. Además 
de mis otros abuelitos Rafael, Carmen y Hermilo se que donde estén me están 
mirando y me han apoyado para ser una mejor persona. 
 
AGRADECIMIENTOS 
 
A mi asesor el Dr. Alberto Mendoza Domínguez, por el tiempo, dedicación y 
esfuerzo que dio para la realización de este proyecto. Por haber compartido 
sus conocimientos dentro y fuera del aula y no solamente por ser un gran 
maestro si no también un ejemplo de persona responsable. Le doy las gracias 
además de haberme dado la oportunidad de colaborar en la realización de este 
trabajo. Gracias 
 
A mis sinodales, el Dr. Gerardo Mejía Velázquez y Dr. Enrique Ortíz Nadal, por 
su evaluación y aportación de conocimientos, para el mejoramiento de este 
proyecto. 
 
Al CONACYT y a la Cátedra de Ingeniería de la Contaminación Atmosférica 
por haber apoyado parcialmente la realización de este proyecto. 
 
A la empresa TERNIUM la cual me brindo apoyo durante los estudios de esta 
Maestría. En especial al Ing. Juan Antonio Villarreal, le agradezco la 
oportunidad de laborar con él y además de compartir conocimientos que han 
servido para mi formación. 
 
En especial agradezco el apoyo incondicional de mis grandes amigas, Bárbara 
Elisa Amaya Soto, Lucero Belén Suárez Pérez e Ylide Alicia Mendoza Urdiales, 
gracias por todo su apoyo durante el tiempo del proyecto, por sus consejos y 
por sus enseñanzas todo lo que ustedes me brindaron ha sido importante para 
mi formación y me ha hecho crecer como persona. Gracias 
 
A mi compañero de proyecto Yasmany Mancilla y a sus conocidos que 
ayudaron durante los monitoreos. A todas las personas, que de alguna forma, 
ayudaron y colaboraron a la realización de este proyecto. 
 
Y finalmente a todas las personas que de alguna u otra forma estuvieron 
conmigo en esta etapa de mi vida. A todos los aprecio por igual desde las 
personas que conocí en el primer semestre hasta las que acaba de conocer 
hace pocos meses, gracias a todos por su apoyo, por sus consejos y sobre 
todo por los ratos de convivencia que tuvimos fuera de las aulas. Espero que 
esa amistad no se rompa y sigamos en contacto. Gracias 
 
I 
 
CONTENIDO 
 
CONTENIDO……………………………………………………………………... I 
ÍNDICE DE FIGURAS………………………………………………………….... IV 
ÍNDICE DE TABLAS…………………………………………………………….. VI 
RESUMEN………………………………………………………………………...VII 
CAPÍTULO 1. INTRODUCCIÓN………………………………………………... 1 
1.1 Contaminación atmosférica………………………………………………… 1 
1.2 Principales causas de la contaminación atmosférica…………………… 3 
1.3 Compuestos orgánicos volátiles COVs…………………………………… 4 
1.4 Objetivo general……………………………………………………………... 7 
1.5 Objetivos específicos………………………………………………………... 7 
CAPÍTULO 2. MARCO TEÓRICO……………………………………………… 9 
2.1 Métodos de obtención de factores de emisión…………………………… 9 
2.2 Medición de emisiones directas por medio de un dinamómetro……….. 9 
2.3 Laboratorios móviles………………………………………………………… 10 
2.4 Sensores remotos…………………………………………………………… 11 
2.5 Mediciones dentro del túnel……………………………………………….. 12 
2.6 Estudios en túneles ……………….……………………………………….. 14 
2.7 Comparación entre los túneles………,,…………………………………… 16 
CAPÍTULO 3. METODOLOGÍA………………………………………………… 19 
3.1 Descripción del área de estudio: Túnel de Loma Larga………………… 19 
3.2 Descripción del flujo vehicular…………………………………………….. 21 
3.3 Programa de experimentación…………………………………………….. 22 
3.4 Equipos utilizados para otras mediciones (velocidad viento, 
temperatura, presión, aforo vehicular y velocidad de vehículos)…………… 23 
3.5 Equipo utilizado para el muestreo de CO2………………………………… 25 
II 
3.6 Medicion de emisiones de NOx y CO………………………………………25 
3.7 Equipo utilizado para el muestreo de COVs……………………………… 28 
3.8 Análisis químico de las muestras………………………………………….. 30 
3.9 Cálculo de Factores de Emisión (FE)……………………………………… 32 
3.10 Perfiles químicos…………………………………………………………… 35 
CAPÍTULO 4. RESULTADOS………………………………………………….. 36 
4.1 Conteo y clasificación de los vehículos durante la campaña de 
muestreo………………………………………………………………………….. 36 
4.2 Velocidades del viento y velocidad de los vehículos……………………. 38 
4.3 Factores de emisión para el CO2, NOx y CO…………………………….. 39 
4.4 Demostración estadística de la relación entre los diversos grupos para 
los Factores de emisión para el CO2, NOx y CO…………………………….. 44 
4.5 Factores de emisión para los COVs………………………………………. 46 
4.6 Correlación de emisiones de COVs……………………………………….. 50 
4.7 Relación de emisiones de COVs……………………………………………54 
4.8 Perfiles químicos de COVs…………………………………………………. 54 
4.9 Calculo del rendimiento de los vehículos monitoreados………………… 59 
4.10 Cálculo del efecto de la reactividad •OH para los COVs………………. 59 
CAPÍTULO 5. DISCUSIÓN……………………………………………………… 65 
5.1 Comparación de los factores de emisión del CO2, CO, NOx y 
CONMT con otros estudios en túneles………………………………………… 65 
5.2 Comparación con el estudio realizado en México D.F………………….. 67 
5.3 Comparación de factores de emisión con estudios de otros túneles…. 69 
5.4 Comparación de factores de emisión con otras técnicas para obtener 
factores de emisión……………………………………………………………... 72 
5.5 Comparación entre los factores de emisión obtenidos con un inventario de 
emisión de fuentes móviles…………………………..………………………… 76 
CAPÍTULO 6. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES………………… 77 
6.1 Conclusiones generales…………………………………………………...... 77 
 
III 
6.2 Recomendaciones…………………………………………………………... 79 
REFERENCIAS………………………………………………………………….. 81 
ANEXO A 
ANEXO B 
ANEXO C 
ANEXO D 
ANEXO E 
ANEXO F 
ANEXO G 
VITA 
 
 
 
 
 
 
IV 
 
ÍNDICE DE FIGURAS 
Figura 1. Prueba de dinamómetro……………………………………………….. 10 
Figura 2. Ejemplo de laboratorio móvil………………………………………….. 11 
Figura 3. Técnica sensores remotos…………………………………………….. 12 
Figura 4. Ejemplo técnica muestreo en túnel…………………………………...13 
Figura 5. Diagrama Túnel Fort McHenry………………………………………... 16 
Figura 6. Ubicación del Túnel de Loma Larga, mostrando la conexión entre 
los dos municipios…………………………………………………………………. 20 
Figura 7. Diagrama de experimentación realizada en el Túnel Loma Larga... 20 
Figura 8. Medidas del Túnel Loma Larga……………………………………….. 21 
Figura 9. Aforo vehicular (# vehículos/hr) realizado el 27 de junio del 2007... 22 
Figura 10. Equipo Testo Mod. 425………………………………………………. 24 
Figura 11. Equipo Testo Mod. 435………………………………………………. 25 
Figura 12. Análisis de varianza para la relación de NOx……………………… 27 
Figura 13. Correlación entre los datos del SIMA del NOx y CO……………… 28 
Figura 14. Equipo de acero inoxidable (Canister)……………………………… 29 
Figura 15. Tren de recolección usado durante el periodo de muestreo……... 30 
Figura 16. Clasificación de vehículos durante el periodo de muestreo……... 36 
Figura 17. Comparación de la clasificación vehicular………………………… 38 
Figura 18. Diferencia de concentración (ppm) del CO2……………………….. 40 
Figura 19. Factores de emisión del CO2 (g/km-veh)………………………….. 40 
Figura 20. Factores de emisión del CO2 (g/L gasolina quemada)…………... 41 
Figura 21. Factores de emisión del NOx (g/km-veh)…………………………...41 
V 
 
Figura 22. Factores de emisión del NOx (g/L gasolina quemada)…………... 42 
Figura 23. Factores de emisión del CO (gr/km-veh)………………………….. 43 
Figura 24. Factores de emisión del CO (g/L gasolina quemada)…………… 44 
Figura 25. Análisis ANOVA del CO2 (Minitab)………………………………… 45 
Figura 26. Análisis ANOVA del NOx (Minitab)………………………………… 45 
Figura 27. Análisis ANOVA del CO (Minitab)………………………………….. 46 
Figura 28. Perfil químico en el Sentido 1, con densidad vehicular alto…….. 55 
Figura 29. Perfil químico en el Sentido 1, con densidad vehicular 
moderada…………………………………………………………………………… 56 
Figura 30. Perfil químico en el Sentido 2, con densidad vehicular 
moderada…………………………………………………………………………... 57 
Figura 31. Perfil químico en el Sentido 2, con densidad vehicular alto…….. 56 
Figura 32. Perfil químico promedio……………………………………………… 58 
Figura 33. Comparación de Túnel Chapultepec (1996) y Túnel Loma Larga 
(2009)……………………………………………………………………………….. 68 
Figura 34. Comparación de Túnel Chapultepec (1996) y Túnel Loma Larga 
(2009)……………………………………………………………………………….. 68 
Figura 35. Comparación entre estudio por dinamómetro (México D.F.) y 
TLL………………………………………………………………………………….. 74 
 
 
 
 
 
VI 
 
ÍNDICE DE TABLAS 
Tabla 1. Composición del aire seco……………………………………………….. 2 
Tabla 2. Efecto de los compuestos orgánicos volátiles…………………………. 5 
Tabla 3. Potencial de creación de ozono fotoquímico para algunos COVs…... 6 
Tabla 4. Comparación entre los factores de emisión de distintos túneles……. 17 
Tabla 5. Comparación entre concentración (ppb) de distintos túneles……….. 17 
Tabla 6. Diseño de experimentos para el estudio del TLL……………………… 23 
Tabla 7. Lista de COVs preseleccionados para el análisis químico de las 
muestras recolectadas en el túnel………………………………………………… 30 
Tabla 8. Aforo final para cada periodo de muestreo…………………………….. 37 
Tabla 9. Velocidades de viento y velocidad de los vehículos para cada 
periodo muestreado…………………………………………………………………. 39 
Tabla 10. Factores de emisión para los COVs (mg/km-veh)…………………… 47 
Tabla 11. Factores de emisión para los COVs (mg/L gasolina quemada)….... 49 
Tabla 12. Correlación entre los COVs aromáticos………………………………. 51 
Tabla 13. Correlaciones entre los COVs alifáticos y COVs aromáticos………. 52 
Tabla 14. Correlación en los COVs alifáticos……………………………………. 53 
Tabla 15. Relación Eteno-Acetileno………………………………………………. 54 
Tabla 16. Concentración promedio y velocidad de reacción para cada COV… 61 
Tabla 17. Concentración de la concentración promedio contra la 
concentración propil-equivalente…………………………………………………. 62 
Tabla 18. Comparación de factores de emisión (g/km-veh)…………………… 66 
Tabla 19. Comparación de factores de emisión (g/L)………………………….. 66 
Tabla 20. Comparación de factores de emisión (g/km-veh)…………………… 70 
Tabla 21. Comparación de factores de emisión (g/L)…………………………... 71 
Tabla 22. Comparación de factores de emisión (mg/km-veh) de diferentes 
estudios………………………………………………………………………………. 73 
Tabla 23. Comparación de inventario de emisiones (Ton/año)………………... 75 
Capítulo 1 Introducción 
 1 
CAPÍTULO 1 
INTRODUCCIÓN 
En este capítulo se presenta un panorama general de la contaminación del aire 
en el Área Metropolitana de Monterrey (AMM), además de la revisión de varios 
conceptos básicos que serán utilizados en los próximos capítulos. De igual 
manera, al final de este capítulo, se presentarán los alcances del proyecto y la 
justificación del mismo. 
 
1.1 Contaminación atmosférica 
Según el reporte de indicadores ambientales del año 2005 (Zuk et al., 2007) las 
principales ciudades del país con problemas de contaminación atmosférica son: 
Área Metropolitana del Valle de México, Área Metropolitana de Monterrey, Área 
Metropolitana de Guadalajara, Tijuana, Mexicali y Puebla. Esta afirmación es 
con base al número de días que las concentraciones de diferentes 
contaminantes atmosféricos sobrepasan los límites establecidos para evitar 
algún problema de salud. Los principales contaminantes atmosféricos medidos 
por las redes de monitoreo atmosférico son: Bióxido de azufre (SO2), Monóxido 
de carbono (CO), Dióxido de Carbono (CO2), Bióxido de nitrógeno (NO2), 
Partículas menores a 10 micras (PM10), Partículas menores a 2.5 micras 
(PM2.5) y Ozono (O3). 
 
Es importante tener una definición del término de contaminación atmosférica, 
ya que dependiendo del punto de vista ésta puede variar. Según Wark (1990) 
la contaminación atmosférica es la presencia de uno o más contaminantes en 
la atmósfera, que debido a su cantidad y su duración pueden causar un efecto 
en cualquier ser vivo e incluso en materiales. 
 
Seinfeld y Pandis (2006) muestran una definición muy parecida. Para ellos la 
contaminación atmosférica es: 
“Una situación en el cual las sustancias que resultan de actividades 
antropogénicas están presentes a concentraciones suficientemente 
altas, arriba de los niveles normales para producir un efecto medible en 
Capítulo 1 Introducción 
 2 
los humanos, animales, plantas y materiales. Esta definición puede 
incluir a cualquier sustancia nociva o benigna”. 
Al hablar de una sustancia, esta puede ser cualquier elemento, compuesto o 
material de origen natural o artificial que se encuentre en el ambiente. Para 
poder determinar cuales son las sustancias que se agregan a la atmósfera, es 
necesario conocer la composición del aire atmosférico seco. La Tabla 1 
muestra la composición del aire “limpio” o “normal”. Este tipo de aire 
normalmente se encuentra en las zonas rurales. 
 
Tabla 1. Composición del aire seco. 
Sustancia Volumen (% v/v) Concentración (ppm) 
Nitrógeno 78.084 ±0.004 780,900 
Oxígeno 20.946 ± 0.002 209,400 
Argón 0.934 ± 0.001 9,300 
Dióxido de carbono 0.033 ± 0.001 315 
Neon 18 
Helio 5.2 
Metano 1.2 
Criptón 0.5 
Hidrógeno 0.5 
Xenón 0.08 
Dióxido de nitrógeno 0.02 
Ozono 0.01-0.04 
 (Fuente: Wark, 1998) 
 
A continuación se presenta un breve listado de la clasificación general de los 
contaminantes del aire y algunos ejemplos de las mismas (Wark, 1998): 
1. Materia particulada o partículas (PM10, PM 2.5). 
2. Compuestos que contienen azufre (SO2, SO3). 
3. Compuestos orgánicos (Benceno, Tolueno, Xileno). 
4. Compuestos que contienen nitrógeno (NO, NO2, NO3). 
5. Monóxido de carbono (CO). 
6. Compuestos halogenados (Cloroformo, Diclorometano, Tiroxina). 
7. Compuestos radioactivos (Plutonio, Uranio). 
Capítulo 1 Introducción 
 3 
1.2 Principales causas de la contaminación atmosférica 
Como se comentó anteriormente, el Área Metropolitana de Monterrey es 
considerada como una de las principales ciudades con problemas de 
contaminaciónambiental. Existen diversas causas por las cuales se genera la 
contaminación ambiental. Estas son (Baird, 2001): 
• Fuentes naturales 
a. Volcanes 
b. Polen 
c. Spray del océano 
d. Incendios forestales 
e. Erosión del suelo 
f. Putrefacción de la materia orgánica 
• Fuentes antropogénicas 
a. Industriales 
b. Comerciales 
c. Agricultura 
d. Transporte 
e. Domésticas 
 
Aunque existen diversas fuentes que generan contaminación ambiental, se 
sabe que las fuentes móviles (vehículos, camiones, motocicletas) aportan un 
alto porcentaje de las emisiones totales que experimenta una zona urbana 
(ERG et al., 2004). Esto es debido al uso de vehículos de combustión interna, 
mismos que de acuerdo a estudios realizados en diferentes regiones del 
mundo producen emisiones considerables de CO, CO2, SO2, Óxidos de 
Nitrógeno (NOx= NO + NO2), y Compuestos Orgánicos Volátiles (COVs) (p. ej., 
McGaughey et al., 2004; Fraser et al., 1998; Vega et al., 2000; Schifter et al., 
2002; Touaty, 2000; Hwa et al., 2002; Legreid et al., 2007). 
 
El inventario de emisiones oficial más reciente del AMM realizado en el año de 
2005 (INE, 2009), estimó que las fuentes móviles contribuyeron durante ese 
año con el 47% de los NOx emitidos, 1% de los SOx (SO2 + SO3), 47% de los 
COVs, 96% del CO y 12% del Amoniaco (NH3). Dicho estudio evidencia que el 
Capítulo 1 Introducción 
 4 
72.1% de las emisiones gaseosas en la cuenca atmosférica del AMM, 
provienen de las fuentes móviles (INE, 2009). Estos datos fueron el resultado 
de aplicar el modelo MOBILE de la Agencia de Protección al Ambiente de los 
EE.UU corregido con valores de fuentes vehiculares mexicanas. Este modelo 
considera principalmente las características de los vehículos como el tipo de 
gasolina y los programas de inspección y mantenimiento (US EPA, 2003). 
 
Con el fin de tener una referencia de los niveles de contaminación atmosférica 
en el AMM, el entonces Departamento de Control de Calidad Ambiental del 
Estado de Nuevo León, a finales del año de 1992 estableció cinco estaciones 
de monitoreo continuo las cuales monitorean las concentraciones de los 
siguientes compuestos: CO, SO2, NO2, Ozono (O3), y partículas con diámetro 
aerodinámico equivalente igual o menor a 10 micrómetros (PM10). Así mismo, 
estas estaciones registran la velocidad, la dirección y la temperatura del viento 
(INE, 2007). 
 
Hablando del tema de emisiones vehiculares, estas estaciones solamente 
miden la concentración de los contaminantes del aire que pasa por la zona de 
muestreo, por lo tanto las concentraciones que se miden, no quieren decir que 
provienen solamente de fuentes vehiculares, pueden provenir de diferentes 
fuentes (industria, actividades humanas, incendios, etc.). Por lo tanto, estas 
mediciones tienen utilidad limitada debido a que no discriminan entre fuentes 
de emisión. 
 
Otro problema de estas estaciones es que existen otro tipo de compuestos que 
dichas estaciones no miden, por ejemplo COVs. Estos compuestos son 
dañinos a la salud, producen ozono, producen aerosoles secundarios y son 
emitidos directamente de las fuentes móviles. 
 
1.3 Compuestos Orgánicos Volátiles COVs 
Los compuestos orgánicos volátiles son cualquier compuesto que contiene 
carbono con la excepción de CO, CO2, ácido carbónico, carbonatos metálicos y 
carbonatos de amonio que participan reacciones fotoquímicas atmosféricas 
Capítulo 1 Introducción 
 5 
(EPA, 2004). Estos compuestos están presentes en los materiales naturales y 
sintéticos. Tienen usos innumerables pero los principales son: gasolinas, 
solventes, pinturas, fragancias y biocidas. Los COVs generalmente existen 
como líquidos o gases a temperatura ambiente, aunque incluso se encuentran 
en la forma sólida (por ejemplo naftaleno y para-diclorobenceno) (Bloemen y 
Burn, 1993). 
 
Los COVs provocan severos daños a la salud humana como pérdida de 
memoria, problemas cancerígenos e irritación en nariz y ojos (Bloemen y Burn, 
1993). La Tabla 2 muestra una lista de los COVs más conocidos y sus efectos 
nocivos en la salud. 
 
Tabla 2. Efectos de los compuestos orgánicos volátiles. 
Compuestos Efectos nocivos a la salud 
Benceno 
Toxicidad crónica, problemas cancerígenos y efectos en el 
esqueleto 
Estireno 
Efectos tóxicos en el hígado y pulmón, cambios bioquímicos 
en el cerebro 
Tolueno 
Hepatoxicidad y efectos en las células blancas y rojas de la 
sangre 
Xileno Cambios inmunológicos 
Fenol Daños en la piel, lesiones en el corazón 
Cloroformo Problemas en el corazón y en los riñones 
Clorobenceno Fuertes daños en el hígado y en el páncreas 
Fuente: (Bloemen y Burn, 1993) 
 
Otro de los problemas que presentan los COVs es su facilidad para formar 
ozono pues éste, en concentración suficiente (150 µg/m3), puede provocar 
daños a la salud humana. Este problema – también conocido como smog 
fotoquímico (Bloemen y Burn, 1993) – es provocado por la reactividad de los 
COVs, la cual se expresa en términos de potencial de creación de ozono 
fotoquímico (PCOF) e indica la habilidad de los COVs para contribuir a la 
formación de ozono. 
 
Muchos científicos utilizan el etileno como compuesto de referencia (PCOF = 
100). Por lo tanto, un compuesto con un PCOF ya sea mayor o menor a 100 
quiere decir que forma más o menos ozono, respectivamente, comparado al 
etileno. La Tabla 3 muestra la lista de algunos COVs y su PCOF. 
Capítulo 1 Introducción 
 6 
 
Tabla 3. Potencial de creación de ozono fotoquímico para algunos COVs. 
COVs PCOF COVs PCOF 
Alcanos 
Hidrocarburos 
aromáticos 
Metano 1 Benceno 20 
Etano 10 Tolueno 55 
Propano 40 Etilbenceno 60 
n-Pentano 40 o-Xileno 65 
Isopentano 30 m-Xileno 105 
n-Hexano 50 p-Xileno 90 
2,3-
Dimetilbutano 40 1,2,3- Trimetilbenceno 115 
 1,2,4- Trimetilbenceno 120 
Cicloalcanos 
Ciclopentano 50 
Carburos 
Oxigenados 
Metilciclopentano 50 Formaldehído 40 
Ciclohexano 25 Acetaldehído 55 
 Propionaldehído 60 
Olefinas 2-Propanal 120 
Etileno 100 Benz aldehído 35 
Propileno 105 Acetona 20 
1-Buteno 95 Metanol 10 
2-Buteno 100 Etanol 25 
1-Penteno 70 n-Propanol 45 
2-Metilbut-2-en0 80 
1,3 Butadieno 105 
Hidrocarburos con 
cloro 
Isopreno 100 Cloruro de metileno 1 
a - Pineno 50 Cloroformo 1 
b - Pineno 50 Metil cloroformo 0 
 
Acetilenos 
Acetilenos 15 
 Fuente: (Bloemen y Burn, 1993) 
 
Por último, los COVs también pueden formar Aerosoles Orgánicos Secundarios 
(AOS). La formación del AOS depende de tres factores principales que 
involucran a los COVs (Seinfeld, 2006): 
1. La volatilidad de sus productos de oxidación. 
2. Su abundancia atmosférica. 
3. Su reactividad química. 
 
Capítulo 1 Introducción 
 7 
Para la formación de AOS se requiere una reacción de los COVs con O3, OH· o 
NO3 (Seinfeld, 2006) donde primero se forman Compuestos Orgánicos Semi 
volátiles que en un paso posterior forman los AOS. Esto se puede representar 
de la siguiente manera: 
 Oxidación 
COVs O3, OH, NO3 COS AOS 
 
El problema de la formación de estos aerosoles es que pueden traer daños a la 
salud humana ya que partículas con un tamaño menor a 10µm pueden ser 
fácilmente inhalados y por lo tanto son potencialmente dañinos para las 
funciones pulmonares como vasculares. En el caso de los AOS su tamaño de 
partícula puede variar de 2 hasta 100 µm, por lo tanto si se pueden considerar 
como contaminantes dañinos del ser humano (Seinfeld, 2006). 
 
Según se puede observar, los COVs tienen un gran número de repercusiones, 
principalmente en la salud humana. No obstante, en nuestro país se han 
realizado pocos estudios para caracterizar las emisiones de COVs (Vega et al., 
2000; Mugica et al., 2000; Velasco et al., 2007). Por tal motivo – debido a estos 
pocos estudios y con el propósito de obtener factores de emisión de los COVs 
provenientes de fuentes móviles – es necesariorealizar nuevas investigaciones 
y en lugares diferentes como en este caso es la ciudad de Monterrey, Nuevo 
León. 
 
1.4 Objetivo General 
Estimar factores de emisión de COVs provenientes de fuentes vehiculares que 
circulan en el AMM empleando como base de estimación mediciones 
desarrolladas en el Túnel de la Loma Larga (TLL) ubicado en Monterrey, N.L. 
 
1.5 Objetivos Específicos 
1. Comparar los factores de emisión obtenidos en el estudio experimental 
contra los obtenidos en otros túneles, estudios previos en el AMM y 
otras técnicas para calcular factores de emisión (Dinamómetro y 
sensores remotos). 
Capítulo 1 Introducción 
 8 
2. Obtener los perfiles de especiación química de los COVs con el fin de 
construir “huellas” químicas que puedan ser empleadas por modelos 
receptores como el Chemical Mass Balance (CMB) de la US EPA. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 9 
CAPÍTULO 2 
MARCO TEÓRICO 
En este capítulo se presentan los diferentes métodos que existen en la 
actualidad para medir las emisiones de las fuentes móviles. Posteriormente, se 
describirán las ventajas y limitaciones del método elegido para el estudio y 
finalmente, se presentan algunos resultados encontrados de estudios previos 
que han usado la misma técnica seguida en este estudio. 
 
2.1 Métodos de obtención de factores de emisión 
En la actualidad, existen diversos métodos para medir emisiones provenientes 
de fuentes móviles – todos con ciertas ventajas y desventajas. Sin embargo, la 
elección del método depende de las necesidades del estudio. La siguiente lista 
muestra algunos de los métodos existentes: 
 
1. Medición de emisiones directas por medio de un dinamómetro. 
2. Laboratorios móviles. 
3. Sensores remotos. 
4. Medición dentro de un túnel. 
 
2.2 Medición de emisiones directas por medio de un 
dinamómetro 
Esta técnica consiste en probar un vehículo bajo condiciones controladas 
simulando condiciones reales de manejo mediante el uso de un dinamómetro 
(Figura 1). Al vehículo se le introduce una sonda en el escape, así que durante 
toda la prueba se están midiendo las emisiones del vehículo. Según estudios 
realizados con esta técnica, las emisiones capturadas cubren tres regimenes 
de operación del motor: emisiones de escape frío, emisiones en condiciones 
reales de manejo y emisiones de arranque en caliente. Esta prueba consiste en 
capturar las emisiones en diferentes contenedores para después analizarlas. 
Uno de los procedimientos que existen es el FTP-75 en donde se muestran los 
pasos para poder realizar dicho análisis (Vega et al., 2000). 
 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 10 
Una de las desventajas más importantes de esta técnica es que se requiere 
una gran cantidad de tiempo y equipos para tener una muestra representativa 
debido a que cada equipo de medición solamente mide un vehículo a la vez. 
Por lo tanto, cuando se realizan este tipo de estudios, su número de muestras 
es muy bajo. 
 
No obstante, la principal ventaja de esta técnica es que las mediciones de las 
emisiones son exactamente a la salida del escape del vehículo y con esto se 
puede tener una gran precisión y afirmar que los datos que se producen al final 
de la experimentación son provenientes de las fuentes móviles. 
 
 
Figura 1. Prueba de dinamómetro. 
 
2.3 Laboratorios móviles 
Los laboratorios móviles tienen el objetivo de medir los niveles de 
contaminación en lugares remotos, donde es complicado instalar una estación 
de monitoreo atmosférico. También se utilizan para cuantificar los 
contaminantes emitidos por vehículos en movimiento en condiciones reales de 
manejo (Cocker et al., 2004). En la Figura 2 se muestra un ejemplo de un 
laboratorio móvil. 
 
 
 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 11 
Este tipo de técnica de muestreo presenta ciertas ventajas debido a que puede 
realizar diferentes tipos de mediciones (Cocker et al., 2004): 
• Mediciones Estacionarias: mediciones puntuales a alta resolución y 
aseguramiento de calidad para sitios convencionales de monitoreo de 
calidad del aire. 
• Mediciones Móviles/Mapeo: índices de emisión de vehículos 
automotores, identificación de grandes fuentes puntuales de emisión y 
distribuciones de los niveles de contaminación de fondo. 
• Persecución: caracterización detallada de fuentes móviles de emisión y 
mediciones del flujo de plumas de compuestos trazadores. 
 
A pesar de las ventajas de estos equipos, su principal desventaja es que la 
fabricación de la plataforma requerida es muy costosa. Otro problema es la 
operación de estos equipos se requieren instalar en un espacio cercano a 
donde circulan los vehículos para medir las emisiones de estos, pero como 
ocupan un gran espacio se puede causar interferencia de tráfico. 
 
 
 
 
 
 
 
Figura 2. Ejemplo de laboratorio móvil. 
 
2.4 Sensores remotos 
Es una técnica para medir los niveles de los contaminantes, en el escape del 
vehículo, mientras que el vehículo está viajando. A diferencia de otros equipos 
para medir emisiones vehiculares, estos equipos no necesitan estar 
conectados físicamente al vehículo. Así mismo, estos equipos actualmente 
pueden medir hidrocarburos y monóxido de carbono en la salida del escape por 
medio del principio de absorción de infrarrojo (EPA, 1993). 
 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 12 
Estos sistemas operan continuamente por la proyección de un haz de radiación 
infrarroja a través de una carretera. Cuando un vehículo pasa se mide una 
relación del monóxido de carbono entre el dióxido de carbono en dos partes: en 
el frente del vehículo y en la parte de salida del escape del vehículo. Con éstas 
relaciones se obtienen los factores de emisión comparando con la relación de 
monóxido/dióxido de una combustión ideal. 
 
Una de las desventajas de este modelo, en particular para estudios más 
especializados, es que hay compuestos que esta técnica aún no puede medir 
como aquellos con nitrógeno e hidrocarburos no lineales (EPA, 1993). La 
Figura 3 muestra un esquema de operación de este tipo de sistemas de 
medición: 
 
Figura 3. Técnica sensores remotos (EPA, 1993). 
 
2.5 Mediciones dentro de un túnel 
Esta técnica consiste en utilizar un túnel de amplia longitud como campo de 
estudio, en donde se colocan dos equipos de monitoreo dentro del túnel: uno a 
la entrada del túnel y el otro a la salida o en un punto interior del túnel. Estos 
equipos empiezan a muestrear de forma simultánea, con el fin de determinar 
como se encuentra la concentración de un contaminante a diferentes puntos en 
un mismo tiempo (Pierson et al., 1996). 
 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 13 
Uno de los detalles importantes al utilizar este método es la colocación de los 
equipos de muestreo ya que no solamente importa la distancia en donde se 
coloquen sino también es necesario que la captura de las muestras sea a la 
misma altura. La Figura 4 muestra el diseño de un estudio realizado en Taipei, 
donde se indican la colocación de los equipos de muestreo. 
 
Figura 4. Ejemplo técnica muestreo en túnel (Hwa et al., 2000). 
 
Realizar las mediciones tomando como campo de estudio un túnel presenta 
ventajas con respecto a la medición de las mismas en espacios abiertos ya que 
el túnel funge como un espacio de confinamiento, asegurando que las 
emisiones muestreadas provengan únicamente de fuentes móviles. No 
obstante, esto también presenta una desventaja ya que – aunque no interfieren 
emisiones provenientes de la industria y fuentes externas – pueden interferir 
partículas procedentes del desgaste de las llantas, el pavimento y polvos 
suspendidos (tierra). 
 
Esta técnica de medición consiste en obtener una medición promedio de los 
factores de emisión de los vehículos muestreados en lugar de una medición de 
vehículo por vehículo. Si la experimentación se realiza correctamente se 
pueden obtener factores de emisiones vehicularesen función de la velocidad 
promedio de los vehículos. 
 
Para este estudio se utilizará la técnica de medición de emisiones dentro de un 
túnel – en este caso, como se comentó en los objetivos, se recolectarán 
muestras dentro del Túnel de la Loma Larga (TLL). Para utilizar esta técnica es 
importante considerar estudios que se han realizado previamente en otras 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 14 
partes del mundo con el fin de comparar sus resultados con los resultados 
obtenidos del análisis del TLL. 
 
En las siguientes secciones de este capítulo se describirán algunos estudios 
realizados en túneles ubicados en diferentes partes del mundo, mostrando las 
similitudes y diferencias que se tienen con nuestro estudio, con el fin de 
comparar resultados. 
 
2.6 Estudios en túneles 
Túnel Chapultepec, México D.F. 
Este estudio fue realizado en el año de 1996, en el Distrito Federal (Vega et al., 
2000). El túnel tenía una longitud de 365 metros, un ancho de 7.77 metros y 
una altura de 4.5 metros. El túnel solamente constó de un tubo; dentro del túnel 
existen dos respiraderos: uno a 60 metros de la entrada y otro a 67 metros de 
la salida. Los resultados de este túnel deben de ser una buena referencia para 
los resultados esperados en el estudio de TLL ya que los flujo vehiculares son 
parecidos: alrededor del 1.4% de los vehículos fueron de motor diesel, mientras 
que alrededor del 87% de los vehículos eran ligeros y de motor a gasolina 
(Vega et al., 2000). Los resultados de esta experimentación mostraron que los 
compuestos aromáticos tienen más del doble de concentración comparado con 
los COVs de cadena lineal. 
 
Túnel de Taipei 
Este estudio fue realizado en el año del 2000, en Taipei, Taiwán (Hwa et al., 
2002). El túnel tenía una longitud de 800 metros, un ancho de 10.6 metros y un 
altura de 6.8 metros. En este estudio tenía como objetivo obtener los factores 
de emisión de los siguientes compuestos: CO, Óxidos de nitrógeno (NOx), 
Compuestos Orgánicos no Metánicos (CONMT) y una lista de 56 especies de 
compuestos orgánicos. La Figura 4 muestra el experimento diseñado para la 
medición de emisiones. Es importante recalcar que los equipos no deben de 
colocarse exactamente a la entrada o a la salida del túnel porque es posible 
que algún agente en el exterior del túnel interfiera con la medición. En este 
caso ambos equipos se pusieron con 100 metros de distancia. La lista de 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 15 
compuestos medidos es similar a la lista de compuestos medidos en el TLL por 
lo que se podrán comparar los resultados de ambos estudios (Hwa et al., 
2002). 
 
2.8 Túnel Gubrist 
Esta campaña de estudio fue realizada en el año de 2004, en Suiza (Legreid et 
al., 2007). Este túnel tenía un largo de 3,270 metros con un área transversal de 
48 m2. Además cuenta con una pendiente de 1.3%. Este túnel se localiza al 
este de Zurich a una altura de 408 msnm. En este estudio se midieron 18 
Compuestos Orgánicos Volátiles Oxigenados (COVO) y 18 CONMT. Los 
equipos de monitoreo fueron ubicados a 200 metros a la entrada y salida del 
túnel (Legreid et al., 2007). Los resultados de este estudio muestran una 
equidad en el valor de los factores de emisiones entre las cadenas lineales, los 
compuestos alifáticos y los compuestos aromáticos. 
 
2.9 Túnel Van Nuys 
Este estudio se realizó en el año 2003 en un túnel que comunica con el 
Aeropuerto Internacional de Los Angeles, California y el cual tiene un gran flujo 
vehicular (Fraser et al., 1998). El objetivo principal de esta investigación fue 
obtener los factores de emisión de una lista de COVs y para ello, se instalaron 
dos equipos de monitoreo: uno a 147 m de la entrada del túnel y otro a 75 m de 
la salida del mismo. Este estudio es muy completo ya que en los resultados es 
posible encontrar más de cien compuestos orgánicos reportados. 
 
2.10 Túnel Fort McHenry 
Este estudio fue realizado en el año de 1992, en el estado de Pensilvania, EE. 
UU. (Pierson et al, 1996). Este túnel contenía cuatro secciones, cada sección 
constaba de dos carriles, cada sección del túnel tenía una longitud de 2,174 m 
y la medición se realizó en las dos secciones de forma simultánea. El flujo 
vehicular que circula por este túnel contenía una composición muy parecida a 
las del TLL, donde la mayor cantidad son vehículos de motor de gasolina y los 
vehículos de motor de diesel representan menos del 2%. 
 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 16 
Este túnel también contaba con diferentes pendientes: al inicio una pendiente 
negativa que va desde 0.3% hasta 3.6% y después de la mitad del túnel 
contenía una pendiente positiva de un 3.6%, que es semejante a la pendiente 
del TLL (3.5%) y es positiva o negativa dependiendo del tubo del túnel que se 
esté midiendo. Otra similitud de esta ciudad es la altitud de la ciudad de 
Baltimore la cual esta aproximadamente los 335 metros sobre el nivel del mar 
(msnm) (Pierson et al, 1996) mientras que la ciudad de Monterrey esta a 537 
msnm. La Figura 5 nos muestra el panorama general del Túnel Fort McHenry. 
 
 
Figura 5. Diagrama Túnel Fort McHenry (Pierson et al., 2000). 
 
2.11 Comparación entre los túneles 
La Tabla 4 y 5 muestra una comparación de los factores de emisión obtenidos 
en los estudios experimentales antes mencionados, se dividió en dos tablas 
debido a las unidades que se encontraron reportados dichos factores. En la 
Tabla 4 los factores de emisión están reportados en unidades de masa emitida 
entre distancia recorrido por vehículo, mientras que en la Tabla 5 los factores 
se muestran en partes por billón (ppb) 
 
 
 
 
 
 
 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 17 
Tabla 4. Comparación entre los factores de emisión de distintos túneles. 
Compuesto g/km-veh 
Túnel 
Taipei 
Túnel 
Gubrist 
Túnel Fort 
McHenry 
CO 3.64 ± 0.26 N/M 3.96± 0.36 
CONMT 0.44 ± 0.06 N/M 0.38 ± 0.06 
NOx 0.9 ± 0.11 N/M 0.5 ± 0.06 
CO/NOx 4.23 ± 0.94 N/M 4.86 ± 0.73 
CONMT/NOx 0.51 ± 0.13 N/M 0.47 ± 0.09 
 
COVs mg/km-veh 
Propano 2.4 ± 0.77 N/M N/M 
Butano 6.56 ± 1.96 2.23 ± 0.1 N/M 
Ciclopentano 0.89 ± 0.21 N/M N/M 
Benceno 12.21 ± 3.26 2.13 ± 0.09 N/M 
m,p-Xileno 8.95 ± 2.38 2.91± 0.14 N/M 
o-Xileno 7.88 ± 2.14 1.2 ± 0.06 N/M 
Tolueno 29.02 ± 4.95 4.99 ± 0.25 N/M 
Heptano 1.46 ± 0.24 N/M N/M 
Etilbenceno 5.88 ± 1.55 N/M N/M 
1,2,4 Trimetilbenceno 14.28 ± 2.94 1.84 ± 0.07 N/M 
 *N/M- No Medido 
 
Tabla 5. Comparación entre concentración (ppb) de distintos túneles. 
 Túnel de Chapultepec, 
México D.F. 
Túnel Van 
Nuys Compuesto 
Propano 0.757 0.047 
Butano 0.693 0.146 
Ciclopentano 0.036 0.014 
Benceno 0.495 0.380 
m,p-Xileno 0.831 0.555 
o-Xileno 0.297 0.200 
Tolueno 0.894 0.760 
Heptano 0.206 0.008 
Etilbenceno 0.204 0.160 
1,2,4 Trimetilbenceno 0.124 0.220 
 
Con la información presentada se puede concluir que es necesario tener más 
de un estudio previo para poder tener una buena comparación con los 
resultados. Con esto se puede hacer una comparación entre los resultados de 
la experimentación realizada contra las experimentaciones de otros túneles 
para encontrar la similitud entre los valores de los factores de emisión y en 
Capítulo 2 Marco Teórico 
 18 
caso de que no lo sean determinar cuáles son las posibles causas de esta 
variación. 
 
Un hecho importante que se logró con este estudio es que se obtuvieron datos 
locales para obtener factores de emisión de la ciudad de Monterrey, que son 
datos que no existían previamente. Estos resultados que se mostraran en 
capítulos posteriores serán un mejor estimador de las emisiones vehiculares 
del país, comparado con el caso de utilizar factores de emisión de estudios de 
otros túneles fuera del país. 
 
 
 
Capítulo 3 Metodología 
 19 
CAPÍTULO 3 
METODOLOGÍA 
En este capítulo se presenta una descripción detallada del área de estudio 
(TLL), del flujo vehicular que circula por el túnel y de la campaña de monitoreo.Posteriormente, se describirán los equipos y las técnicas utilizadas para la 
medición y cuantificación, respectivamente de COVs, CO2, CO y NOx. 
Finalmente, se presenta la teoría para el cálculo de los factores de emisión 
(FE). 
 
3.1 Descripción del área de estudio: Túnel de Loma Larga. 
El túnel de Loma Larga es utilizado como unión entre los municipios de San 
Pedro Garza García y Monterrey (Figura 6). Este túnel cruza de un extremo al 
otro a través del cerro de la Loma Larga. El túnel esta compuesto de dos tubos, 
los cuales se interconectan en una sección a la mitad de la longitud de los 
tubos; esta conexión representa menos del 1% del área de las paredes de los 
tubos, a pesar de tener un valor muy pequeño se debe de considerar el efecto 
de la interconexión para disminuir alguna perturbación (ya que puede haber 
transferencia entre del aire entre los tubos). La Figura 7 muestra un diagrama 
del TLL donde se aprecia que cada tubo tiene cuatro carriles, aunque 
solamente tres son para el transito de los vehículos; el cuarto carril es utilizado 
para emergencias. Además, se cuenta con un acceso peatonal a lo largo del 
túnel para cada tubo y también tiene tres ductos de ventilación forzada, los 
cuales se encuentran sin operar (Treviño, 2008). 
 
El túnel tiene una longitud aproximada de 532 metros, y tiene forma de 
semicírculo con un diámetro de 17 metros (Figura 8). En el sentido de 
Monterrey a San Pedro Garza García se tiene una pendiente positiva de 3.5%. 
(Treviño, 2008). 
Capítulo 3 Metodología 
 20 
 
Figura 6. Ubicación del Túnel de Loma Larga, mostrando la conexión entre los 
dos municipios. 
 
 
Figura 7. Diagrama de experimentación realizada en el Túnel Loma Larga. 
Capítulo 3 Metodología 
 21 
Figura 8. Medidas del Túnel Loma Larga. 
 
3.2 Descripción del flujo vehicular 
Según datos del Consejo Estatal de Transporte y Vialidad del Estado de Nuevo 
León (CETV) (Villarreal, 2008), en un aforo vehicular realizado en el mes de 
Junio de 2007 se determinó que la composición promedio en el sentido de 
Monterrey a San Pedro Garza García fue de 68.2% automóviles particulares, 
9.6% vehículos de alquiler (taxis), 19.7% vehículos tipo SUV (Xtrail, Suburban, 
TownCountry, Windstar, etc.), 0.1% autobuses, 1.4% camiones diesel. En el 
sentido contrario, es decir de San Pedro Garza García hacia Monterrey, la 
composición promedio fue de 85.9% automóviles particulares, 7.0% taxis, 6.5% 
vehículos tipo SUV, 0.1% autobuses, 0.5% camiones diesel. 
 
La Figura 9 (Villarreal, 2008) muestra el conteo de vehículos por hora en un día 
típico entre semana, para los dos sentidos del túnel: Monterrey-San Pedro 
Garza García (sentido 1) y San Pedro Garza García-Monterrey (sentido 2). 
Además, se observa que el máximo del número de vehículos del sentido 1, se 
encuentra en el horario de 7 y 8 horas, mientras que en el sentido 2 se 
encuentra entre las 18 y 19 horas. 
 
Capítulo 3 Metodología 
 22 
 
Figura 9. Aforo vehicular (# vehículos/hr) realizado el 27 de junio del 2007. 
Sentido 1 (Monterrey- San Pedro). Sentido 2 (San Pedro- Monterrey) 
 
3.3 Programa de experimentación 
La experimentación se realizó en el mes de Junio del 2009. Su duración fue de 
una semana y media, aunque solamente se experimentó durante 6 días. 
Debido a la variación de los flujos de vehículos (Figura 9), se seleccionaron 
diferentes horas de muestreo donde se esperaría que los vehículos tuvieran 
diferentes velocidades. 
 
De acuerdo a la técnica de medición de emisiones dentro de un túnel se debe 
instalar una estación de muestreo a la entrada y otra a la salida. Debido a que 
el TLL tiene una interconexión entre los dos tubos, la estación de monitoreo de 
salida se colocó al inicio de la interconexión de los tubos (Figura 7). El tiempo 
de muestreo fue de dos horas, donde las estaciones de monitoreo trabajaron 
de forma simultánea. 
 
En la Tabla 6 se muestra el diseño de experimento para el muestreo que se 
realizó. Este consistió en dos periodos de muestreos diarios, uno con alta 
densidad vehicular y el otro con una densidad vehicular. Para el sentido de 
Monterrey-San Pedro, los periodos muestreados fueron (apoyándose de la 
Figura 9) de 7 a 9 horas y de 11 a 13 horas, para un alta y moderada densidad 
Capítulo 3 Metodología 
 23 
vehicular respectivamente. Para el sentido contario los periodos 
preseleccionados fueron de 18 a 20 horas y de 10 a 12 horas, para un alta y 
moderada densidad vehicular respectivamente. Sin embargo, después del 
primer día de muestreo se tuvo que recorrer el horario de muestreo para el 
sentido de San Pedro-Monterrey de 17 a 19 horas debido a que hubo 
momentos en el muestreo que los vehículos se detuvieron por completo por 
problemas de embotellamiento. 
 
Los periodos de baja densidad no se consideran por dos razones: por la 
probabilidad de que no se puede captar suficiente muestra para el análisis 
químico y por limitaciones en recursos disponibles para el estudio. 
 
Tabla 6. Diseño de experimentos para el estudio del TLL 
Tubo 
Densidad 
de tráfico 
Lunes 
22 Junio 
Martes 
23 Junio 
Miércoles 
24 Junio 
Sentido Monterrey- San Pedro 
Alta 7:00-9:00 7:00-9:00 7:00-9:00 
Moderada 11:00-13:00 11:00-13:00 11:00-13:00 
 
Tubo 
Densidad 
de tráfico 
Jueves 
25 Junio 
Lunes 
29 Junio 
Martes 
30 Junio 
Sentido San Pedro- Monterrey 
Alta 18:00-20:00 17:00-19:00 17:00-19:00 
Moderada 10:00-12:00 10:00-12:00 10:00-12:00 
 
3.4 Equipos utilizados para otras mediciones 
(velocidad viento, temperatura, presión, aforo vehicular 
y velocidad de vehículos) 
Para la medición de las variables de temperatura y presión se utilizaron 
equipos Testo 435. Para temperatura, este equipo tiene un rango de medición 
de 0 a 50 °C, con una exactitud de ±0.5 ºC. El equipo puede registrar como 
valor máximo 1013 hPa y un valor mínimo de 540 hPa, con una exactitud de 
±5.0 hPa (Testo AG, 2006). 
 
Capítulo 3 Metodología 
 24 
Para la medición de la velocidad del viento a la entrada y salida del túnel se 
utilizó un anemómetro marca Testo Mod. 425 (Figura 10), el cual tiene las 
siguientes características: valor mínimo del equipo es de 0 m/s y valor máximo 
es de 20m/s, con una exactitud de ±0.03 m/s y una resolución de 0.01 m/s. A la 
vez el equipo puede calcular el flujo volumétrico (Testo AG, 2009). La medición 
de la velocidad del viento se lleva a cabo por el principio de las sondas 
térmicas, el cual se basa en un elemento calentado del que se extrae el calor 
mediante el impacto del caudal que lo enfría. Estas mediciones se realizaron de 
forma simultánea en ambos lados del túnel. La temperatura se mantiene 
constante por medio de un regulador y la corriente de control es directamente 
proporcional a la velocidad (Neumotron S.A., 2009). 
 
Figura 10. Equipo Testo Mod. 425. 
 
Debido a que este equipo no cuenta con memoria en línea se tuvo que capturar 
los registros manualmente en una bitácora. Cada 3 minutos se anotaba el valor 
de la velocidad promedio calculada por el equipo de ese tiempo transcurrido, se 
utilizaba un minuto para preparar el equipo y se media en los otros dos 
minutos. 
 
Para el aforo vehicular se agregó una cámara de video marca Sony en el 
centro del túnel, la cual estuvo grabando durante todos los periodos de 
muestreo. Después se realizó el conteo de vehículos minuto por minuto, donde 
se clasificaron los vehículos según su tipo: Sedán grande (Altima, Jetta, 
Corolla, Civic), Sedán chico (Ibiza, Peugot 206, Mini Cooper, Ford K), SUV, 
Pick up, Taxi, Autobús, Camión y Motocicleta. 
 
Capítulo 3 Metodología 
 25 
Para la medición de la velocidad de los vehículos se utilizaron dos cámaras 
digitales marca Fujifilm. Estas cámaras se colocaron a una distancia de 
separación de 183 y 164 metros para el sentido 1 y 2, respectivamente. Estas 
se sincronizaron para funcionar al mismo tiempo. Despuésse midió el tiempo 
en que el vehículo tardó en recorrer la distancia de las cámaras, al dividir el 
tiempo transcurrido entre la distancia recorrida se obtuvo la velocidad de los 
vehículos. 
 
3.5 Equipo utilizado para el muestreo de CO2 
Los niveles de CO2 se tomaron con dos equipos Test mod. 435 de rango 0 a 
9,999 ppm (Figura 11), el cual contiene las siguientes características: La 
exactitud del equipo es de ±50 ppm CO2 en el rango de 0 a 5,000 ppm; ±100 
ppm CO2 en el rango de 5,001 a 9,999. Su resolución es 1 ppm ó 0.001% 
volumen (Testo AG, 2006). También se cuenta con un programador para 
registro de datos, es decir, en nuestro caso este equipo se programó para que 
funcionara durante dos horas y que guardara en la memoria el valor puntual de 
la concentración del CO2 durante cada minuto. 
 
Figura 11. Equipo Testo Mod. 435. 
 
3.6 Mediciones de emisiones de NOx y CO 
Para medir las emisiones de NOx se utilizo un equipo modelo NOA-7000 
Marca Shimadzu. Este equipo mide con un rango de 0.0 a 800 ppm aunque 
para este estudio el equipo fue calibrado con un gas que contenían 25 ppm de 
NOx. Su exactitud es de ± 1.5% de la concentración total de NOx. 
Capítulo 3 Metodología 
 26 
Debido a que solamente se contaba con un equipo, éste se coloco en la parte 
interior del túnel, y se registro el dato puntual cada dos minutos. Debido a que 
el equipo no cuenta con memoria de registro los datos se capturaron 
manualmente. Estos datos se tomaron como la concentración de salida del 
NOx. Para la concentración de entrada se utilizaron directamente los valores 
medidos por la estación meteorológica del Sistema Integral del Monitoreo 
Ambiental (SIMA) del Obispado, la cual es la estación más cercana al túnel 
(aproximadamente 3 km). Se hizo la suposición de que los datos medidos por 
esta estación son los datos a la entrada del túnel. Con esto se pudo calcular 
factores de emisión aproximados del NOx. 
 
Para el análisis de muestras se contrató los servicios del laboratorio 
TestAmerica (posteriormente se explicarán las razones de porque se contrato a 
este laboratorio). Sin embargo, este laboratorio no pudo cuantificar niveles de 
CO, ya que el límite de detección del laboratorio era de 1700 ppm mientras que 
en el túnel la concentración de CO se encontraba por debajo de las 300 ppm. 
 
Por lo tanto, se utilizaron las siguientes suposiciones para tener un estimado de 
dicho valor: Primero, los valores del CO medidos por la estación meteorológica 
SIMA del Obispado se utilizaron como la concentración de la entrada del túnel. 
La razón por la que se usaron estos datos además de su cercanía al túnel, es 
que la zona donde se encuentra la estación SIMA del Obispado esta libre de 
industrias, por lo tanto se puede suponer que, las emisiones medidas por la 
estación provienen en gran medida de los vehículos. 
 
La concentración de la salida se calculó haciendo el despeje de la Ecuación 1. 
En donde se realizó la suposición que la relación CO/NOx es igual en el túnel 
como en la estación del SIMA. 
SIMANOx
SIMACO
salidaNOx
salidaCO
C
C
C
C
_
_
_
_ = (1) 
 
Los valores de CNOx_salida son los valores registrados cada dos minutos por el 
equipo Shimadzu dentro del TLL. Mientras que los valores de CNOx_SIMA y 
Capítulo 3 Metodología 
 27 
CCO_SIMA se obtuvieron de la estación de monitoreo, estos valores utilizados 
fueron los datos puntuales de cada compuesto en el mismo tiempo de los datos 
registrados dentro del túnel, esto se realizó en cada periodo. El resultado 
obtenido fue el valor de la concentración puntual del CO en un intervalo de dos 
minutos para cada periodo de experimentación. 
 
La Ecuación 1 utiliza la relación del NOx como escalamiento para convertir los 
valores del CO del SIMA a valores dentro del túnel. Para hacer valida la 
suposición del uso de la relación del NOx es necesario realizar un análisis de 
varianza para observar si los datos utilizados para el cálculo tienen una relación 
estadística entre los diferentes periodos de muestreo. 
 
El análisis de varianza es una herramienta que sirve para comparar si los 
valores de un conjunto de datos números son significativamente distintos a los 
valores de otro o más conjunto de datos numéricos (Harris, 1994). La Figura 12 
muestra los resultados del análisis de varianza realizado para la relación de 
NOx. La hipótesis es que existe una relación significativa entre los conjuntos de 
datos. 
 
 
Figura 12. Análisis de varianza para la relación de NOx. 
 
En la Figura 12 se puede identificar el valor de P (0.010) este valor es menor 
que el P-valor (0.050), este cálculo proporciona evidencia suficiente para 
Capítulo 3 Metodología 
 28 
probar que existe una relación estadística entre las relaciones del NOx. Por lo 
tanto, se puede utilizar esta relación como escalamiento para el CO para los 
distintos periodos de muestreo ya que fue demostrada que las relaciones de 
NOx no son significativamente distintas entre los periodos de muestreo. 
 
Otra forma de validar la suposición realizada es haciendo una correlación entre 
los valores del NOx y CO de la estación SIMA (Figura 13). En la Figura 13 se 
observa que la correlación entre el NOx y CO fue buena ya que tuvo una R2 
=0.81, por lo tanto al tener una buena correlación quiere decir que la relación 
CO/NOx tiende a ser constante reforzando nuestra suposición realizada. 
 
 
 Figura 13. Correlación entre los datos del SIMA del NOx y CO. 
 
3.7 Equipo utilizado para el muestreo de COVs 
Las muestras en el ambiente de COVs se captaron utilizando recipientes de 
seis litros de acero inoxidable (canisters). Estos equipos están pulidos 
internamente con la técnica SUMMA®, lo que limita que algunos COVs puedan 
reaccionar dentro del canister. El pulido interior hace que los compuestos duren 
dentro del recipiente un mayor tiempo sin que lleguen a reaccionar (Berg, 1997; 
EPA, 1998). 
 
Capítulo 3 Metodología 
 29 
Estos equipos se encuentran presurizados a vació al momento de abrir la 
válvula, el canister succiona y captura el aire que se encuentra a su alrededor 
(Figura 14). 
 
Figura 14. Equipo de acero inoxidable (canister). 
 
El tren de recolección consistió de un canister, un controlador de flujo y una 
manguera de teflón. 
 
El controlador de flujo fue de tipo orificio, el cual se calibró para que el tiempo 
de llenado del canister sea de 2 horas. Según estudios en túneles anteriores se 
recomienda que la altura en donde se tome la muestra sea mayor a un metro 
(Hwa et al., 2002). En nuestro caso, la altura fue de 1.85 metros, con el fin de 
obtener una mezcla completa de gases emitidos y no tener una muestra 
exactamente a la salida del escape de los vehículos. Para alcanzar esta altura 
mencionada, se conectó una manguera de teflón al puerto de entrada del tren 
de recolección para fijar la elevación del muestreo. En la Figura 15 se muestra 
el diseño que se utilizó para el tren de recolección. 
 
Capítulo 3 Metodología 
 30 
 
Figura 15. Tren de recolección usado durante el periodo de muestreo. 
 
Previamente al muestreo, el tren de muestreo fue sujeto a pruebas de fugas 
para asegurar que los componentes están conectados correctamente. La 
prueba de fugas consistió en los siguientes pasos: Primero se abrió la válvula 
del canister, el cual mostró en el manómetro una presión de vació (alrededor de 
-32 mm de Hg). La válvula se dejó abierta durante 5 minutos, si no existe 
ninguna variación en la presión, se concluyó que el canister se encuentra 
completamente sellado. 
 
Para el análisis de las muestras se contrataron los servicios del laboratorio 
TestAmerica, el cual se encuentra en Austin, Texas. Este laboratorio posee la 
capacidad de realizar un análisis completo de la lista de COVs (Tabla 7), 
además de que es un laboratorio acreditado. El proceso realizado fue después 
capturartodas las muestras; éstas se enviaron al laboratorio para su análisis 
químico (posteriormente se explicará en que consistió dicho análisis químico). 
 
3.8 Análisis químico de las muestras 
Para este estudio se analizaron 54 compuestos orgánicos volátiles; éstos se 
muestran en la Tabla 7. Estas especies químicas han sido identificadas en las 
emisiones de fuentes móviles y se encuentran en la lista de Photochemical 
Assessment Monitoring Stations de la US EPA (Berg, 1997). El contenido de 
CONMT se reportó solamente tomando en cuenta todas las especies de dos 
carbonos a doce carbonos (C2-C12). 
Capítulo 3 Metodología 
 31 
 
Tabla 7. Lista de COVs preseleccionados para análisis químico de las muestras 
recolectadas en el túnel. 
No. Especie No. Especie No. Especie 
1 CONMT* 19 2,2-Dimetilbutano 37 3-Metilheptano 
2 Etano 20 2,3-Dimetilbutano 38 Octano 
3 Eteno 21 Isopreno 39 Etilbenceno 
4 Propano 22 2-Metilpentano 40 m,p-Xileno 
5 Propileno 23 3-Metilpentano 41 Estireno 
6 Isobutano 24 1-Hexeno 42 o-Xyleno 
7 Acetileno 25 Hexano 43 Nonano 
8 Butano 26 
Metilciclopentano/2,4-
Dimetilpentano 44 Cumeno 
9 trans-2-butano 27 Benceno 45 Propilbenceno 
10 1-Buteno 28 Ciclohexano 46 2-y 4- Etiltolueno 
11 cis-2-Buteno 29 2,3.Dimetilpentano 47 
1,3,5-
Trimetilbenceno 
12 Ciclopentano 30 3-Methylhexano 48 2-Etiltolueno 
13 Isopentano 31 2,2,4-Trimetilpentano 49 
1,2,4-
Trimetilbenceno 
14 Pentano 32 Heptano 50 Decano 
15 1,3-Butadieno 33 Metilciclohexano 51 
1,2,3-
Trimetilbenceno 
16 
trans-2-
Penteno 34 2,3,4.Trimetilpentano 52 1,3.Dietilbenceno 
17 1-Penteno 35 Tolueno 53 1,4.Dietilbenceno 
18 cis-2-Penteno 36 2-Metilheptano 54 Undecano 
* Compuestos orgánicos no metánicos totales. 
 
El análisis químico consiste primero en preparar la muestra. Primero se retira el 
agua de la muestra pasándola por un medio absorbente (por ejemplo cloruro de 
calcio), y al ser purgado con helio la muestra queda seca. También se retiran 
las partículas y las emisiones gaseosas del plomo (Pb) por medio de un filtro y 
una solución de ácido nítrico diluido. De ahí se hace el análisis químico el 
Método EPA TO-15 para los COVs y el EPA TO-12 para los CONMT. 
 
El Método EPA TO-15, el cual consistió en una cromatografía de gases de alta 
resolución (CG) acoplado a un detector espectrometría de masas (EM) (CERI, 
1999). Este método hace pasar la muestra por medio de desorción térmica a 
una columna de separación de cromatografía de gases (CERI, 1999). Después 
Capítulo 3 Metodología 
 32 
de la CG, la muestra se pasó por un detector de EM en el cual se recorre un 
haz de electrones de alta energía, la cual rompe la molécula en fragmentos. La 
masa de los fragmentos y su abundancia relativa proporciona información 
cuantitativa de las sustancias en estudio. 
 
Para la determinación cuantitativa de los componentes de una mezcla es 
conveniente que cada uno de ellos presente por lo menos un pico que difiera 
claramente de los demás. La calibración se realiza por comparación de los 
picos con patrones adecuados. Las alturas de los picos son directamente 
proporcionales a las presiones parciales de los componentes volatilizados en la 
muestra (Skoog et al., 2007). 
 
Para el análisis químico de los compuestos orgánicos no metanicos (CONMT) 
se utilizó el Método EPA TO-12. En donde a la muestra se le agregó una 
solución ácida y después fue analizado por una espectrofotometría de 
absorción atómica usando una llama de aire/acetileno (EPA, 2007). 
 
3.9 Cálculo de Factores de Emisión (FE) 
Para la cuantificación de las emisiones dentro del túnel se utilizó un balance de 
materia para cada contaminante, en donde la acumulación es igual a las 
emisiones de fuentes vehiculares. Otra forma de expresar la emisión de fuentes 
vehiculares es la masa del contaminante en estudio en la estación de salida 
menos la masa del contaminante referido de la estación a la entrada (Pierson 
et al., 1996). La masa total emitida por las fuentes móviles (Macum) se calcula 
con la siguiente ecuación: 
 
 ( )AVCVCMacum promeproms −= (2) 
 
Donde Vprom es el flujo volumétrico de aire (m3/s) éste se calculó usando el 
promedio de la velocidad de la entrada y salida. Los términos Cs y Ce son la 
concentración del contaminante (mg/m3) a la salida y la entrada, 
respectivamente y A es el área del Túnel de la Loma Larga (113.5 m2). En la 
Capítulo 3 Metodología 
 33 
ecuación 2 el término CsVprom es la masa del contaminante a la salida del túnel 
al igual que CeVprom es la masa del contaminante en la entrada del túnel. 
 
La tasa de emisión promedio (E) es un cálculo que indica la masa emitida de 
algún contaminante por vehículo y por unidad de distancia recorrida. Esto se 
calcula como sigue (Touaty y Bonsang, 2000): 
LN
Macum
E = (3) 
 
Donde N es el número de vehículos que se contaron en el aforo vehicular 
durante el período de monitoreo y L es la distancia entre los puntos de 
muestreo. Este factor de emisión tiene las unidades de masa del compuesto 
emitida entre distancia recorrida por vehículo. 
 
Existe otra forma de reportar el factor de emisión, esto es: masa del compuesto 
emitida entre volumen de gasolina quemada. Esto se calcula a partir de un 
balance de carbón con la siguiente ecuación (Martins et al., 2006): 
 WcCCC
C
FE gas
CONMTCOCO
k
k ρ





∆+∆+∆
∆
=
2
´
´ (4) 
 
En la ecuación 3, ∆Ck representa la diferencia entre las concentraciones del 
contaminante k medidas entre los puntos de monitoreo. De la misma forma 
∆CCO2 y ∆CCO son la diferencia de concentraciones de CO2 y CO, 
respectivamente. Así mismo, ∆CCONMT representa la diferencia en la suma de 
carbón equivalente en los compuestos orgánicos no metálicos medidos a la 
salida y entrada del túnel. Wc representa la fracción másica de carbón de la 
gasolina; Para nuestros cálculos se usó un valor de 0.84. Este valor se obtuvo 
con la siguiente fórmula: 
 
HHCC
CC
NPMNPM
NPM
Wc
×+×
×
= (5) 
 
Capítulo 3 Metodología 
 34 
Donde PMC y PMH son los pesos moleculares del Carbono (C) e Hidrógeno (H), 
respectivamente. Mientras que NC y NH son los números de moles de carbono 
e hidrógeno contenidos en la molécula de la gasolina (C8H18) (Ipatieff y Corson, 
1986). 
 
En la ecuación 4 el término ρgasWc representa la fracción de carbono por litro de 
gasolina. Al multiplicarlo por la parte derecha de la ecuación da como 
resultado el factor de emisión en masa emitida entre litro de gasolina quemada. 
 
Para el uso correcto de la ecuación 4 es necesario que los términos de ∆CCO2, 
∆CCO y ∆CCONMT se representen en términos de fracción de carbono. Por lo 
tanto las ecuaciones 6, 7 y 8 muestran las formulas para representar los 
términos anteriormente mencionados en fracción de carbono. 
 
 
( )
1000
C
2
22
CO2
2
×
××−
=∆ −
CO
COCCCOCO
PM
NPMCECS
 (6) 
Donde CSCO2 es la concentración de CO2 a la salida (mg CO2/ L de aire), 
CECO2 es la concentración de CO2 a la entrada, PMC es el peso molecular de 
Carbono (12 g de C/mol de C) y PMCO2 es el peso molecular del CO2 (44 g de 
CO2/ mol de CO2) y NC-CO2 es el número de carbonos por molécula de CO2. 
 
 
( )
1000
CCO ×
××−
=∆ −
CO
COCCCOCO
PM
NPMCECS
 (7) 
Donde CSCO es la concentración de CO a la salida (mg CO/ L de aire), CECO es 
la concentración de CO a la entrada, PMCO es el peso molecular del CO (28 g 
de CO/ mol de CO) y NC-CO es el número de carbonos por molécula de CO. 
 
 
( )
1000
CCONMT ×
××−
=∆ −
CONMT
CONMTCCCONMTCONMT
PM
NPMCECS
 (8) 
Donde CSCONMT es la concentración de CONMT a la salida (mg CONMT/ L de 
aire), CECO es la concentración de CONMT a la entrada, PMCONMT es el peso 
molecular del CONMT (92 g de CONMT/ mol de CONMT), NC-CONMT es elCapítulo 3 Metodología 
 35 
número carbonos por molécula de CONMT (6 moléculas de C por molécula de 
CONMT) (Ricciardelli et al., 2006). 
 
3.10 Perfiles químicos 
Los perfiles químicos muestran la fracción molar de cada uno de los 
compuestos con respecto a los CONMT. Esto se hace con el fin de encontrar la 
relación entre los compuestos medidos, encontrar cuales son los compuestos 
que tienen mayor composición y el caso contrario los de menor composición. 
 
También son necesarias para aplicaciones de modelos receptor que tienen 
como finalidad estimar la contribución de una serie de fuentes de emisión a las 
concentraciones observando en un punto receptor a través de conocer las 
huellas químicas de dichas fuentes de emisión. 
 
Para obtener los perfiles químicos se calculan los flujos molares de cada uno 
de los compuestos analizados. Debido a que los resultados de los COVs se 
encontraban en unidades de partes por billón volumen (ppbv), se utilizó la 
siguiente relación para obtener el flujo molar (FMk): 
 
 ( ) ( )RTP
ppbvC
mmolFM kk =
3
 (9) 
 
Donde Ck es la concentración del compuesto k, P es la presión del sistema, R 
es la constante universal de los gases y T es la temperatura del sistema 
(Torrentlab, 2009). Esta fórmula se utilizo para todos los compuestos a la 
entrada y salida. 
 
Al tener el flujo molar de cada compuesto, se calcula la fracción molar (Xi) con 
respecto al CONMT: 
CONMT
i
FM
FM
Xi = (10) 
Capítulo 4 
 Resultados 
36 
 
CAPÍTULO 4 
Resultados 
En este capítulo se exponen los resultados de los factores de emisión y perfiles 
químicos obtenidos durante la campaña de monitoreo. Así mismo se realizó un 
análisis estadístico de dichos valores con el fin de encontrar relaciones entre los 
datos agrupados tomando en cuenta el sentido y densidad de tráfico. 
 
4.1 Conteo y clasificación de los vehículos durante la 
campaña de muestreo. 
 
Como se mencionó en el capítulo anterior, para realizar el aforó vehicular se utilizó 
una cámara para filmar todos los vehículos que transitaron durante el horario de 
muestreo y se clasificó de forma similar al Mobile 6. La Tabla 8 muestra la 
cantidad de vehículos contados para cada periodo de muestreo. 
 
Se observo que no hay variación entre la composición de los vehículos en los 
distintos periodos muestreados. La Figura 16 se muestra la clasificación promedio 
de los vehículos durante todos los periodos de muestreo. Se identifica que el 
Sedan grande ocupó un 34.73% del total de la flota vehicular estudiada, el tipo 
Sedan chico y SUV alcanzan valores de 22.09% y 20.17%, respectivamente. 
 
 
Figura 16. Clasificación de vehículos durante el periodo de muestreo. 
Capítulo 4 
 Resultados 
37 
 
Tabla 8. Aforo final para cada periodo de muestreo. 
Día Horario Número vehículos 
Sentido Monterrey- San Pedro 
22 de Junio 7:00- 9:00 6,455 
23 de Junio 7:00- 9:00 8,204 
24 de Junio 7:00- 9:00 7,645 
22 de Junio 11:00-13:00 6,132 
23 de Junio 11:00-13:00 7,271 
24 de Junio 11:00-13:00 7,130 
Sentido San Pedro- Monterrey 
25 de Junio 10:00-12:00 6,121 
29 de Junio 10:00-12:00 6,129 
30 de Junio 10:00-12:00 6,503 
25 de Junio 18:00-20:00 8,494 
29 de Junio 17:00-19:00 8,670 
30 de Junio 17:00-19:00 8,650 
 
Con base en estudios previos del CEVT (Villarreal, 2008), la Figura 17 muestra la 
comparación del estudio del CEVT con el realizado en este trabajo. El CEVT tiene 
como clasificación la categoría de automóviles particulares. Para comparar con el 
estudio del CEVT con este proyecto, se definió la categoría de automóviles 
particulares a los vehículos tipo sedan (Grande y chico), “pick up” y motocicletas. 
 
Tanto el estudio del CEVT como este proyecto se realizaron en el mes de Junio en 
diferentes años. Los resultados muestran una gran similitud entre las categorías 
de los vehículos, es decir, la composición vehicular no cambió al paso de los años 
en el mes de Junio. Sin embargo, estos resultados no garantizan que se tenga la 
misma composición vehicular en diferentes periodos del año. 
 
Capítulo 4 
 Resultados 
38 
 
 
Figura 17. Comparación de la clasificación vehicular. 
 
4.2 Velocidad del viento y velocidad de los vehículos 
 
Para el cálculo del factor de emisión se requiere la velocidad promedio del viento 
de entrada y salida del túnel. Por medio de la Tabla 9 se observa las velocidades 
promedio de viento y desviaciones estándar para cada periodo de muestreo. 
Además se incluyen las velocidades promedio de los vehículos con sus 
respectivas desviaciones estándar. 
 
Para determinar si existe una relación estadística entre las mismas variables 
(Velocidad de viento, velocidad de vehículo) a diferentes periodos de muestreo, se 
utilizó un análisis de varianza (ANOVA), encontrando que no hay una relación 
significativa entre estas variables y el periodo de muestreo. El resultado muestra 
que tanto la velocidad del viento y la velocidad de los vehículos dependen del 
sentido del túnel y del horario de muestreo. 
 
Capítulo 4 
 Resultados 
39 
 
Tabla 9. Velocidades de viento y velocidad de los vehículos para cada periodo 
muestreado. 
Día Horario 
Velocidad de 
Viento (m/s) 
Velocidad de 
los vehículos 
(Km/hr) 
Sentido Monterrey- San Pedro 
22 de Junio 7:00- 9:00 2.00 ± 0.82 43.0 ± 14.21 
23 de Junio 7:00- 9:00 1.87 ± 0.62 51.5 ± 21.47 
24 de Junio 7:00- 9:00 2.08 ± 0.51 46.2 ± 30.26 
22 de Junio 11:00-13:00 2.19 ± 0.74 47.1 ± 7.90 
23 de Junio 11:00-13:00 2.68 ± 0.85 71.9 ±15.78 
24 de Junio 11:00-13:00 2.78 ± 0.61 41.9 ± 7.18 
Sentido San Pedro- Monterrey 
25 de Junio 10:00-12:00 2.15 ± 0.53 75.9 ± 9.52 
29 de Junio 10:00-12:00 1.72 ± 0.64 56.6 ± 6.92 
30 de Junio 10:00-12:00 2.21 ± 0.33 62.6 ± 6.92 
25 de Junio 18:00-20:00 1.48 ± 0.70 51.8 ± 15.7 * 
29 de Junio 17:00-19:00 2.48 ± 0.41 47.8 ± 4.09 
30 de Junio 17:00-19:00 2.26 ± 0.78 49.2 ± 9.16 * 
*Hubo momentos del muestreo que los vehículos se detuvieron por completo. 
 
4.3 Factores de emisión para el CO2, NOx y CO 
 
El cálculo del factor de emisión (FE) debe tener una diferencia entre la 
concentración de la entrada y de la salida (Ecuación 2). El resultado de la 
concentración del CO2 del 22 de Junio del 2009 en el horario de 7:00 – 9:00 a.m., 
ejemplifica el requisito para el cálculo del FE (Figura 18). 
 
Las Figuras 19 y 20 muestran los factores de emisión del CO2. La primera figura 
utilizó unidades de masa emitida entre distancia recorrida por vehículo y en la 
Figura 20 se empleó unidades de masa emitida entre litro de gasolina quemado. 
No se incluyeron los factores de emisión del 25 de Junio en el horario de 18:00-
20:00 y del 29 de Junio debido a que los FE dieron números negativos, 
consecuencia del estancamiento de los vehículos por el embotellamiento. 
 
Capítulo 4 
 Resultados 
40 
 
Para análisis de las figuras se hizo una combinación entre las dos variables: 
Sentido y densidad vehicular. Entonces se S1 y S2 corresponden al Sentido 1 y 2, 
mientras que A y M, corresponden a densidad alta y moderada, respectivamente. 
 
Figura 18. Diferencia de concentración (ppm) del CO2. 
 
 
Figura 19. Factores de emisión del CO2 (g/km-veh). 
 
En la Figura 19 se identifica que los FE para los periodos muestreados en el 
sentido Monterrey-San Pedro se encuentran en el orden de 180 g/km-veh, 
mientras en el otro sentido tienen un valor aproximado de 150 g/km-veh, los 
valores de otros túneles se encuentran en un promedio de 165 g/km-veh. La 
Capítulo 4 
 Resultados 
41 
diferencia se debe al efecto de la pendiente positiva, que hace que los vehículos 
tengan que acelerar más comparado al otro sentido del túnel. 
 
 
Figura 20. Factores de emisión del CO2 (g/L gasolina quemada). 
 
La Figura 20 se observa que los FE tienen una mismamedia alrededor de los 
2100 g/L gasolina quemada, aunque en algunas muestras tiene una desviación 
mayor a los 500 g/L gasolina quemada. Otros túneles presentaron valores de 2266 
g/L gasolina quemada. 
 
Las Figuras 21 y 22 muestran los FE para el NOx. Al igual que el CO2 se muestra 
en las dos diferentes unidades que se han presentado los FE. 
 
Capítulo 4 
 Resultados 
42 
 
Figura 21. Factores de emisión del NOx (g/km-veh). 
 
Los FE de la Figura 21 se encuentran en el orden de 0.1 a 0.2 (g/km-veh). Aunque 
es notorio que los valores más altos corresponden a los primeros tres días de 
muestreo en el horario de flujo alto de vehículos, en este periodo los vehículos 
transitaban con una pendiente positiva haciendo que la aceleración de los 
vehículos fuera mayor y como consecuencia un aumento en el FE. 
 
 
Figura 22. Factores de emisión del NOx (g/L gasolina quemada). 
 
Capítulo 4 
 Resultados 
43 
 
 
Los FE de la Figura 22 tienen un valor alrededor de los 2.5 g/L gasolina quemada. 
Sin embargo, los valores de los primeros tres días en el horario de alta densidad 
vehicular poseen un valor promedio de 5.0 g/L gasolina quemada. La superioridad 
de los valores del primer grupo con respecto a los demás se debió al aumento de 
aceleración que los vehículos tuvieron debido al efecto de la pendiente positiva del 
túnel. 
 
La Figura 22 también muestra que en el día 25 de Junio en el horario de alta 
densidad vehicular se tiene un FE de aproximadamente 7.5 g/L gasolina quemada 
con una desviación estándar mayor a 5 g/L gasolina quemada. La razón de la 
variación de este valor se debió a que en ese periodo de muestreo hubo lapsos de 
tiempo cuando los vehículos se llegaron a detener por completo, provocando 
variaciones en la velocidad de los vehículos. 
 
Las Figuras 23 y 24 muestran los FE del CO. Al igual que el CO2, no se presentan 
todos los factores de emisión debido a que algunos valores obtenidos tuvieron 
signo negativo. 
 
 
Figura 23. Factores de emisión del CO (gr/km-veh). 
Capítulo 4 
 Resultados 
44 
 
En la Figura 23 se aprecia que los FE del Sentido 1 son mayores que los FE del 
Sentido 2. Al igual que con los FE del CO2 y NOx la razón de esta variación fue 
debido al efecto de la pendiente positiva, la cual provocó una mayor aceleración 
en los vehículos y por consecuente un aumento en las emisiones vehiculares. 
 
 
Figura 24. Factores de emisión del CO (g/L gasolina quemada). 
 
En la Figura 24 se identifica que los FE están entre valores de 50 hasta 100 g/L 
gasolina quemada, sin embargo solo hay un periodo muestreado en donde se 
alcanza un valor de 350 g/L gasolina quemada. La razón del aumento del FE en 3 
veces comparado a los otros periodos muestreados se debió al estancamiento de 
los vehículos provocando una combustión incompleta en los motores y 
posteriormente un aumento en las emisiones de CO. 
 
4.4 Demostración estadística de la relación entre los diversos 
grupos para los Factores de emisión para el CO2, NOx y CO. 
 
 
Como se mostró anteriormente se obtuvieron FE según dos variables. Estos 
factores se pueden dividir en cuatro grupos: Sentido del túnel (Monterrey-San 
Pedro, San Pedro-Monterrey) y la densidad del tráfico (Alta- Moderada). 
Capítulo 4 
 Resultados 
45 
 
 
Para determinar si los diferentes grupos estan estadisticamente relacionados, se 
realizó un análisis de varianza (ANOVA) tomando como hipótesis la existencia de 
una relación significativa entre el conjunto de datos. Las Figuras 25, 26 y 27 
presentan un análisis ANOVA para los FE de CO2, NOx y CO, respectivamente. 
Este análisis solamente se realizó para los FE con las unidades de masa emitida 
entre distancia recorrida por vehículo. 
 
 
Figura 25. Análisis ANOVA de los FE del CO2 (Minitab). 
 
En la Figura 25, se muestra el análisis ejecutado por el programa Minitab. Para 
aceptar la hipótesis el valor de P debe ser menor que el valor-P (en este caso es 
de 0.05). Mediante el análisis se obtuvo un valor de P menor a 0.001, por lo tanto 
se acepta la hipótesis y se confirma que el conjunto de valores entre los grupos 
tienen una relación significativa. 
 
Capítulo 4 
 Resultados 
46 
 
 
Figura 26. Análisis ANOVA del FE del NOx (Minitab). 
 
En la Figura 26 se obtuvo para el analisis del NOx un valor de P menor a 0.001. 
Debido a que P es menor que el valor-P (0.05) se acepta la hipótesis. 
 
En la Figura 27, se observa el análisis estadístico realizado para el CO. Al igual 
que los análisis anteriores ésta hipótesis se acepta debido a que el valor de P es 
menor que el valor-P. 
 
 
Figura 27. Análisis ANOVA del FE del CO (Minitab). 
 
Con lo anterior se concluye que si hay relación estadística entre cada uno de los 
grupos a pesar de que en los valores de los FE se observan variaciones. De este 
Capítulo 4 
 Resultados 
47 
análisis también se concluye que los FE para el CO2, NOx y CO son 
independientes del sentido del túnel y del periodo de muestreo. 
 
4.5 Factores de emisión para los COVs 
 
La Tabla 10 muestra los resultados de los FE calculados de los COVs de interés. 
Estos factores tienen unidades de masa emitida de cada compuesto entre 
distancia recorrida por vehículo. No se calcularon los factores del día 29 de Junio 
debido a un problema con las muestras. También se observa que los compuestos 
más emitidos son Isopentano, Butano, Tolueno y Eteno y los de menor emisión 
son Undecano, 1,3-Dietilbenceno, Nonano y Metilciclohexano. 
 
La Tabla 11 presenta los FE calculados de los COVs definidos anteriormente en 
unidades de masa emitida entre litro de gasolina quemada. Los compuestos que 
sobresalen en esta tabla son: Isopentano, Butano, Tolueno, m- y p-Xileno y 
Benceno, mientras los compuestos con menor cantidad emitida son: Undecano, 1-
3 Dietilbenceno, Decano, n-Nonano y 1-Hexeno. 
 
Tabla 10. Factores de emisión para los COVs (mg/km-veh). 
Sentido Sentido 1 Sentido 1 Sentido 2 Sentido 2 
Compuesto\Densidad 
vehicular Alta Baja Alta Baja 
CONMT 1000.7 ± 6.73 2070.1 ± 9.36 928.9 ± 1.26 629.4 ± 1.12 
Eteno 40.23 ± 1.66 29.88 ± 2.31 41.59 ± 1.15 17.79 ± 1.02 
Acetileno 29.56 ± 0.41 13.95 ± 0.58 27.89 ± 0.58 6.79 ± 0.52 
Etano 6.71 ± 3.35 7.23 ± 4.66 9.32 ± 7.78 4.99 ± 6.92 
Propileno 31.04 ± 1.50 13.66 ± 2.09 8.60 ± 2.88 6.63 ± 2.56 
Propano 21.55 ± 1.65 15.27 ± 2.29 25.28 ± 1.77 4.31 ± 1.57 
Isobutano 19.78 ± 4.26 7.16 ± 5.92 11.95 ± 6.05 2.49 ± 5.38 
1,3-Butadieno 6.07 ± 4.11 1.70 ± 5.71 1.07 ± 5.64 0.35 ± 5.02 
Butano 39.29 ± 2.00 17.67 ± 2.78 41.69 ± 4.14 8.69 ± 3.68 
trans-2-Buteno 3.08 ± 0.38 1.75 ± 0.53 1.04 ± 1.25 1.21 ± 1.11 
cis-2-Buteno 1.74 ± 1.18 1.69 ± 1.64 1.33 ± 3.27 0.83 ± 2.91 
Isopentano 49.28 ± 6.04 36.12 ± 8.39 83.63 ± 12.57 19.39 ± 11.17 
1-Penteno 1.57 ± 0.19 0.58 ± 0.26 0.84 ± 2.17 0.36 ± 1.93 
n-Pentano 28.88 ± 1.59 20.56 ± 2.21 42.43 ± 5.21 14.01 ± 4.63 
Isopreno 1.52 ± 0.07 1.63 ± 0.10 1.02 ± 1.12 1.10 ± 0.99 
 
Capítulo 4 
 Resultados 
48 
trans-2-Penteno 3.89 ± 0.10 2.43 ± 0.13 2.71 ± 0.66 1.47 ± 0.58 
cis-2-Penteno 1.59 ± 0.03 1.96 ± 0.05 2.26 ± 0.66 1.18 ± 0.58 
2,2-Dimetil butano 2.23 ± 0.20 1.60 ± 0.28 2.28 ± 2.08 0.71 ± 1.85 
Ciclopentano 2.57 ± 0.11 2.35 ± 0.15 1.28 ± 0.33 1.52 ± 0.29 
2,3-Dimetil butano 4.22 ± 0.06 2.68 ± 0.08 3.15 ± 0.40 2.16 ± 0.36 
2-Metil pentano 18.88 ± 0.10 10.03 ± 0.14 20.98 ± 2.56 6.37 ± 2.28 
3-Metil pentano 9.98 ± 0.10 4.84 ± 0.14 8.03 ± 1.82 3.87 ± 1.61 
1-Hexeno 0.91 ± 0.01 2.23 ± 0.02 1.63 ± 2.46 2.57 ± 2.19 
Hexano 14.19 ± 2.75 5.60 ± 3.83 9.61 ± 7.21 10.59 ± 6.41 
Metil ciclopentano 7.91 ± 0.15 3.47 ± 0.21 3.52 ± 3.35 2.01 ± 2.98 
2,4-Dimetil pentano 1.57 ± 0.15 1.90 ± 0.21 0.93 ± 0.23 0.94 ± 0.21 
Benceno 22.9 ± 2.15 12.98 ± 2.99 19.74 ± 1.49 7.07 ± 1.32 
Ciclohexano 2.04 ± 2.43 1.60 ± 3.38 1.12 ± 6.92