1 Introducción del trabajo

El Ayuntamiento de Valencia dispone de una red de estaciones atmosféricas situadas en varios puntos de la ciudad. Dichas estaciones miden los niveles de los contaminantes atmosféricos más comunes. Su principal objetivo es controlar los niveles de cada uno de los distintos contaminantes para proteger la salud de las personas y asegurar el cumplimiento de todas las leyes relacionadas con la calidad del aire.

Los datos se pueden encontrar fácilmente en el siguiente enlace: https://www.valencia.es/dadesobertes/va/data/?q=contaminaci%C3%B3. Cualquier persona puede acceder a ellos y ver la información que contiene cada una de las estaciones. Pero como ocurre en la mayoría de casos, es necesario tratar los datos y realizar un análisis exploratorio de estos para poder extraer conclusiones e información de los mismos.

En este proyecto utilizaremos R para analizar los datos publicados en el catálogo de datos abiertos del ayuntamiento de Valencia relacionados con la contaminación atmosférica en diversos puntos de la ciudad. Con este fin, se dividirá el trabajo en dos etapas. En primer lugar, se plantearán unas preguntas relacionadas con los datos disponibles e información desde el punto de vista medioambiental. Estas preguntas quedarán expuestas en el punto siguiente. Posteriormente, se tratará de responder a estas preguntas con información extraída de la transformación de los datos y complementada con información disponible en internet.

2 Importación de datos

Realizamos la importación de los datos para poder analizarlos posteriormente y extraer información útil de ellos.

2.1 Automatizamos el proceso de carga y transformamos los datos a tidy

Realizamos una pequeña visualización general de todo el conjunto de datos para tener conocimiento sobre la talla del proyecto.

Nombre Fecha Variable Valores
Avenida Francia:22977 Min. :2014-01-01 NO :15391 Min. : 0.00
Boulevard Sud :28215 1st Qu.:2015-10-09 NO2 :15391 1st Qu.: 3.00
Molí del Sol :23157 Median :2017-07-19 NOx :15391 Median : 12.00
Pista de Silla :30744 Mean :2017-07-17 Ozono :15391 Mean : 20.97
UPV :17927 3rd Qu.:2019-04-27 PM10 :15391 3rd Qu.: 31.00
Viveros :28347 Max. :2021-01-31 SO2 :15391 Max. :331.00
NA NA (Other):59021 NA’s :27422

A continuación una exploración un poco más concreta, centrándonos en las variables de cada una de las diferentes estaciones.

Nombre Fecha Variable Valores
1A
UPV 2014-01-01 PM2.5 1.0
UPV 2014-01-01 SO2 0.0
UPV 2014-01-01 NO 4.0
UPV 2014-01-01 NO2 13.0
UPV 2014-01-01 PM10 1.0
UPV 2014-01-01 NOx 19.0
UPV 2014-01-01 Ozono 55.0
3A
Molí del Sol 2014-01-01 PM2.5 4.0
Molí del Sol 2014-01-01 PM1 3.0
Molí del Sol 2014-01-01 SO2 1.0
Molí del Sol 2014-01-01 CO 0.0
Molí del Sol 2014-01-01 NO 2.0
Molí del Sol 2014-01-01 NO2 11.0
Molí del Sol 2014-01-01 PM10 7.0
Molí del Sol 2014-01-01 NOx 13.0
Molí del Sol 2014-01-01 Ozono 60.0
4A
Pista de Silla 2014-01-01 PM2.5 5.0
Pista de Silla 2014-01-01 Xileno NA
Pista de Silla 2014-01-01 SO2 3.0
Pista de Silla 2014-01-01 CO 0.1
Pista de Silla 2014-01-01 NO 7.0
Pista de Silla 2014-01-01 NO2 22.0
Pista de Silla 2014-01-01 PM10 11.0
Pista de Silla 2014-01-01 NOx 33.0
Pista de Silla 2014-01-01 Ozono 47.0
Pista de Silla 2014-01-01 Tolueno NA
Pista de Silla 2014-01-01 Benceno NA
Pista de Silla 2014-01-01 Ruido 58.0
5A
Viveros 2014-01-01 PM2.5 5.0
Viveros 2014-01-01 SO2 NA
Viveros 2014-01-01 NO 2.0
Viveros 2014-01-01 NO2 23.0
Viveros 2014-01-01 PM10 6.0
Viveros 2014-01-01 Ni NA
Viveros 2014-01-01 NOx 25.0
Viveros 2014-01-01 Ozono 53.0
Viveros 2014-01-01 As NA
Viveros 2014-01-01 Pb NA
Viveros 2014-01-01 Cd NA
6A
Avenida Francia 2014-01-01 PM2.5 5.0
Avenida Francia 2014-01-01 SO2 0.0
Avenida Francia 2014-01-01 CO 0.1
Avenida Francia 2014-01-01 NO NA
Avenida Francia 2014-01-01 NO2 NA
Avenida Francia 2014-01-01 PM10 9.0
Avenida Francia 2014-01-01 NOx NA
Avenida Francia 2014-01-01 Ozono 56.0
Avenida Francia 2014-01-01 Veloc. 0.7
7A
Boulevard Sud 2014-01-01 SO2 1.0
Boulevard Sud 2014-01-01 NO NA
Boulevard Sud 2014-01-01 NO2 NA
Boulevard Sud 2014-01-01 PM10 6.0
Boulevard Sud 2014-01-01 Ni NA
Boulevard Sud 2014-01-01 NOx NA
Boulevard Sud 2014-01-01 Ozono 59.0
Boulevard Sud 2014-01-01 As NA
Boulevard Sud 2014-01-01 Pb NA
Boulevard Sud 2014-01-01 BaP NA
Boulevard Sud 2014-01-01 Cd NA

3 Preguntas

  1. ¿Habrá más contaminación en la zona de la pista de silla debido a la gran cantidad de coches que circulan?

  2. ¿Existe alguna relación entre los periodos festivos y los registros tomados por las diferentes estaciones?

  3. Durante el período cuarentena, ¿el nivel de gases contaminantes aumentó o bajó? ¿Cuánto? ¿Por qué?

  4. BioParc es uno de los parques de animales más conocidos del mundo. La estación de Molí del Sol se encuentra cerca de esta interesante zona. ¿Los niveles de gases contaminantes son aptos y suficientes para no afectar a la vida cotidiana de los animales?

  5. ¿Existe alguna relación entre la altitud de la zona y entre los registros de la estación meteorológica?

  6. ¿Influye la zona en que se encuentra la estación (centro y afueras)?

4 Gráficos de las medias mensuales

A continuación, se mostrarán los gráficos de las diferentes variables y se mostrarán los valores medios de cada mes de las diferentes zonas. Cada zona será indicada en un color diferente.

5 Información sobre algunos de los contaminantes atmosféricos:

5.1 Monóxido de carbono (CO):

El monóxido de carbono (CO) es un gas inflamable, incoloro, insípido, ligeramente menos denso que el aire y altamente tóxico. El CO se genera naturalmente en la producción y degradación de la clorofila de las plantas así como en los incendios forestales al producirse combustión incompleta del carbono. También se origina por la oxidación atmosférica del metano procedente de la fermentación de la materia orgánica. Con todo, una exposición prolongada del animal al monóxido de carbono puede llegar a causar la muerte mientras que los signos del envenenamiento van cada vez a peor. Este fenómeno es más conocido como la muerte dulce. Estos síntomas pueden llegar a confundirse con otros que producen enfermedades como la intoxicación alimentaria o las infecciones virales. La EPA ha establecido un límite ambiental de 10 miligramos por metro cúbico (mg/m3) para monóxido de carbono en el aire promediado sobre 8 horas.

5.2 Partículas suspendidas en el aire:

  • En el caso de las PM2.5, su origen está principalmente en fuentes de carácter antropogénico como las emisiones de los vehículos diesel, mientras que las partículas de mayor tamaño pueden tener en su composición un importante componente de tipo natural, como partículas de polvo procedente de las intrusiones de viento del norte de África (polvo sahariano), frecuente en nuestras latitudes. Los niveles de estas partículas no deben superar los 25 µg/m3.

  • Las PM10 se pueden definir como aquellas partículas sólidas o líquidas de polvo, cenizas, partículas metálicas, dispersas en la atmósfera, y cuyo diámetro varía entre 2,5 y 10 µm. Están formadas principalmente por compuestos inorgánicos como metales pesados y material orgánico asociado a partículas de carbono (hollín). La exposición prolongada a las PM10 puede provocar efectos nocivos en el sistema respiratorio de la persona, no obstante son menos perjudiciales que las PM2,5 ya que al tener un mayor tamaño, no logran atravesar los alveolos pulmonares. La Directiva 2008/50/CE indica que para la protección de la salud no pueden superarse los 50 µg/m3 durante 24 horas.

  • Las PM1 son las partículas más pequeñas y dañinas. Nuestros pulmones son presa de estas partículas. Cuando se inhalan, las PM1 alcanzan las zonas más profundas de los pulmones, donde buena parte de ellas pasan a través de las membranas celulares de los alvéolos, y entran en el torrente sanguíneo dañando las paredes interiores de las arterias y penetrando en los tejidos del sistema cardiovascular donde pueden llegar a los órganos. En el peor de los casos, las PM1 pueden contribuir al desarrollo de dolencias mortales como ataques al corazón, cáncer de pulmón, demencia y otras enfermedades graves.

5.3 Óxidos de nitrógeno (NO, NO2):

Como contaminantes, son gases que se emiten en los procesos de combustión que se llevan a cabo en automóviles (en especial los de motores diésel), así como en instalaciones industriales de alta temperatura y de generación eléctrica. La exposición continuada a estos gases se relaciona con diversas enfermedades de las vía respiratorias como disminución de la capacidad pulmonar, bronquitis o asma. Los niveles para estos gases no deben sobrepasar los 50 µg/m3.

5.5 Ozono:

El ozono es un potente oxidante que a concentraciones elevadas puede ocasionar efectos no deseables en la salud humana, afectando principalmente al aparato respiratorio y al sistema cardiovascular. Puede irritar el sistema respiratorio. En un primer momento provoca tos, y se siente la garganta irritada. También puede causar irritación de las mucosas, que se puede manifestar de forma evidente con escozor en los ojos. Además, puede empeorar otras enfermedades pulmonares la bronquitis, y reducir la capacidad del sistema inmunológico para defender al sistema respiratorio de las infecciones bacterianas.

5.6 Benzopireno (BaP):

El benzopireno (BaP) que es un hidrocarburo que tiene su origen en la combustión incompleta de materiales orgánicos, que proviene de derivados del petróleo y que es altamente cancerígeno. Este residuo está presente, por ejemplo en los cigarros, uno de los elementos más contaminantes del aire y directamente relacionado con el cáncer de pulmón.

5.7 Dióxido de azufre (SO2):

En el ser humano, la inhalación de concentraciones demasiado elevadas de SO2 puede ocasionar diversos problemas de salud. Las vías respiratorias se irritan y, en ocasiones, se daña el tejido pulmonar. Enfermedades relacionadas con el sistema respiratorio y el cardiovascular se pueden originar o agravar por efecto de este compuesto. En general, los niños, ancianos y las personas con este tipo de dolencias son las más sensibles a esta contaminación.

5.8 Cadmio (Cd):

Podemos hallar cadmio en la atmósfera, el agua y el suelo. De forma natural grandes cantidades de cadmio son liberadas al ambiente las cuales gran parte son vertidas a los ríos procedente de la descomposición de las rocas, mientra que una pequeña parte es liberada a la atmósfera a través de los incendios forestales, actividad volcánica, quema de combustibles fósiles y residuos urbanos e industriales. Actualmente se relaciona la contaminación de este metal con la industria del zinc y del plomo. También se producen emisiones de cadmio, aunque en menor grado, en la combustión de basuras, combustión de carbón, producción de cementos y en la industria del acero. En cuanto a las emisiones atmosféricas, la concentración de cadmio, procedente de las fuentes citadas previamente, es elevada alrededor de las minas, zonas industriales y áreas urbanas, disminuyendo a medida que nos alejamos de estas hacia las zonas rurales. Las concentraciones típicas de cadmio en aire de zonas rurales son de 0.001 a 0,005 µg/m3, y de 0,050 a 0,060 µg/m3 en áreas urbanas, mientras que en aire de áreas industriales puede llegar a alcanzar valores de 9,1 a 26,7 µg/m3.

5.9 Níquel (Ni):

El níquel es un metal que se encuentra en niveles muy bajos en la atmósfera. La exposición al níquel puede provocar, bronquitis crónica, disminución de la función pulmonar y cáncer de los pulmones y los senos nasales.

5.10 Xileno:

El xileno es un líquido incoloro de olor dulce que se inflama fácilmente. Se encuentra naturalmente en el petróleo y en alquitrán. Las industrias químicas producen xileno a partir del petróleo. Este químico se encuentra en las áreas urbanas debido a la combustión incompleta de las gasolinas y en los vehículos. No se han descrito efectos nocivos causados por los niveles de xileno que ocurren normalmente en el ambiente. Pero la exposición breve a niveles altos de xileno también puede causar irritación de la piel, los ojos, la nariz y la garganta, dificultad para respirar, problemas pulmonares y, en el peor de los casos, incluso la muerte. En nuestro caso todos los valores de este contaminante no llega a las 0 ppm, por tanto no es perjudicial para la salud.

6 Respuesta a las preguntas

6.1 ¿Habrá más contaminación en la zona de la pista de silla debido a la gran cantidad de coches que circulan?

Según diversas fuentes, los agentes contaminantes presentes en nuestros datos y que están más relacionados con la quema de combustibles realizada por los vehículos son CO, NO, NO2, NOx y el ruido. Esto se corrobora con las gráficas de las medias de la cantidades de estas sustancias previamente realizada. En ellas podemos ver que su presencia, cuando no es altamente superior, es ligeramente superior en la mayoría de las medidas.

6.2 ¿Existe alguna relación entre los periodos festivos y los registros tomados por las diferentes estaciones?

Tomaremos como referencia las festividades incluidas en la función listHolidays() de la librería timeDate. A partir de ellas, se calcularán las medias de contaminación de cada sustancia en los períodos festivos y no festivos. Una vez obtenidas se extraerán las sustancias más presentes en cada intervalo temporal.

En los días festivos, la contaminación media es superior en las variables:
 BaP PM1 
Mientras en los días no festivos es superior en las variables:
 As Benceno Cd CO Ni NO NO2 NOx Ozono Pb PM10 PM2.5 Ruido SO2 Tolueno Veloc. Xileno

Con este gráfico podemos ver que las diferencias entre los días festivos y no festivos son mínimas, sin embargo, podemos extraer algunas conclusiones. En los días no festivos se contamina más debido, principalmente, a la mayor movilización de personas. La gran mayoría de gente va a trabajar en sus vehículos particulares o en transporte público. Este hecho hace que los gases provenientes de la combustión de los motores (CO, NO, NO2, NOx, PM) sea mayor.

6.3 Durante el período cuarentena, ¿el nivel de gases contaminantes aumentó o bajó? ¿Cuánto? ¿Por qué?

Para contestar a esta pregunta calcularemos las medias de los datos disponibles divididos en: primer estado de alarma, “segundo estado de alarma” y períodos sin estado de alarma. Después compararemos los resultados para obtener qué sustancias estaban más presentes en cada uno de estos períodos.

Medias con valores mayores durante el primer estado de alarma: Ozono Veloc.
Medias con valores mayores durante períodos sin estado de alarma: As Benceno Cd CO Ni NO NO2 NOx Pb PM1 PM10 PM2.5 Ruido Tolueno Xileno
Medias con valores mayores durante el segundo estado de alarma: BaP SO2
Con los resultados obtenidos podemos concluir que la mayoría de agentes contaminantes de los datos estudiados se encuentra en mayor cantidad en los períodos sin estado de alarma ( As Benceno Cd CO Ni NO NO2 NOx Pb PM1 PM10 PM2.5 Ruido Tolueno Xileno ). Sin embargo, hay algunas excepciones, como el Ozono en el primer estado de alarma y el BaP y el SO2 en el segundo estado de alarma.

6.4 BioParc es uno de los parques de animales más conocidos del mundo. La estación de Molí del Sol se encuentra cerca de esta interesante zona. ¿Los niveles de gases contaminantes son aptos y suficientes para no afectar a la vida cotidiana de los animales?

Como la diferencia entre los valores del gráfico y el valor en el que emieza a ser
perjudicial para la salud es muy grande, no se muestra la línea.

Como la diferencia entre los valores del gráfico y el valor en el que emieza a ser perjudicial para la salud es muy grande, no se muestra la línea.

6.5 ¿Existe alguna relación entre la altitud de la zona y entre los registros de la estación meteorológica?

Con el fin de conseguir hacer una comparación entre la altitud y la contaminación global de una zona, cogeremos los valores de latitud y longitud de cada una de las estaciones meteorológicas y a través de una consulta en internet con la API https://api.opentopodata.org/v1/eudem25m?locations= extraeremos la altitud de cada lugar.

Lugar Latitud Longitud Altitud
UPV 39.4808067604076 -0.340640630675869 6.87
Molí del Sol 39.4810549418004 -0.408202447787577 27.09
Pista de Silla 39.3942372664412 -0.391393491128733 7.61
Viveros 39.4797027953539 -0.368270329793068 11.90
Avenida Francia 39.4576662724957 -0.342761252397839 5.08
Boulevard Sud 39.4474578775751 -0.386024545394329 13.90

Una vez creado el data frame con los datos necesarios se representarán los datos obtenidos y se medirá su correlación contaminación-altitud.

[1] -0.1827554

Observando el resultado podemos concluir que la correlación es demasiado baja como para representar una dependencia entre la altitud de una estación y sus niveles de contaminación.

6.6 ¿Influye la zona en que se encuentra la estación (centro y afueras)?

Para comenzar con esta pregunta, dividiremos las estaciones en dos partes: las que se encuentran en las afueras de la ciudad y las que están son más céntricas. De esta manera, las diferentes estaciones quedarían:

  • Afueras: Boulevard Sud, Pista de Silla y Molí del Sol.

  • Centro: UPV, Viveros y Avenida Francia

En las afueras, la contaminación media es superior en las variables:
 NO NO2 NOx PM10 SO2 
Mientras que en las zonas más céntricas es superior en las variables:
 Ozono