Cómo garantizar una calidad aceptable del aire en el entorno doméstico

A diferencia de lo que sucede con tantas cosas hoy en día, el aire es algo abundante y sigue siendo gratuito. Sin embargo, hay noticias recientes que relacionan la mala calidad del aire con afecciones respiratorias como el asma y la reconocen como causa de muerte prematura, lo que podrían indicar que el aire limpio es más valioso de lo que solemos pensar.

Telaire SM-UART-01L+ de Amphenol.

Aunque todos estemos habituados a las imágenes de ciudades muy pobladas bajo un manto de una densa bruma industrial, y a las implicaciones que tales escenarios tienen para la salud, el debate sobre la calidad del aire está empezando a desplazarse hacia los espacios interiores. De hecho, un informe reciente de la Agencia Europea de Medio Ambiente (AEMA) sugiere que, a largo plazo, el aire de nuestros hogares puede ser más perjudicial para nuestra salud que los efectos aparentemente más evidentes del aire exterior contaminado por la actividad industrial y las emisiones de vehículos.

Las fuentes principales de contaminación del aire interior son dos: los compuestos orgánicos volátiles (COV) y la materia particulada (PM, por sus siglas en inglés). Los COV son un conjunto de productos químicos orgánicos o de origen humano y son una parte muy importante del actual problema de la calidad del aire. Suelen ser volátiles y tener un punto de ebullición bajo que permite que las moléculas pasen al aire del entorno por medio de la evaporación. Entre las fuentes de COV se encuentran los pegamentos, los disolventes, los electrodomésticos y el humo, así como otras menos notorias, como las alfombras, los muebles y los productos de limpieza domésticos. Dado que los hogares modernos están muy bien aislados para aumentar los niveles de eficiencia energética y, por tanto, el aire fresco no circula debidamente, los niveles de COV en interiores pueden ser diez veces superiores a los niveles en exteriores.

La PM engloba una gran variedad de materiales aerotransportados provenientes de numerosos tipos de actividad humana, así como de determinadas fuentes naturales. La PM está considerada por la Environmental Protection Agency (EPA, agencia de protección del medio ambiente) uno de los seis «contaminantes criterio» que son perjudiciales para la salud e incluye elementos como el polvo, el humo, el hollín y el moho. La PM se clasifica según su tamaño. Por ejemplo, las partículas PM10 se refiere a moléculas con un diámetro de 10μm o inferior, como el polvo, los granos de polen y las esporas de moho. Las moléculas más pequeñas clasificadas como PM2,5 tienen un diámetro inferior a 2,5μm —una trigésima parte del grosor de un cabello humano— y están formadas por humo, bruma industrial, bacterias, polvo fino o gotas de líquido.

La exposición a la PM se ha relacionado con la irritación de los ojos, la nariz y la garganta, así como con problemas respiratorios más graves e incluso con enfermedades del corazón. Las moléculas de PM2,5 son más preocupantes que las de categorías más grandes, ya que pueden alojarse más profundamente en los pulmones y provocar enfermedades de larga duración cuyo tratamiento sea más difícil. Un estudio de la AEMA publicado en 2015 estimó que las concentraciones de PM2,5 provocaban más de 400000muertes prematuras al año.

Ahora, la monitorización de la calidad del aire se está tomando en serio y las autoridades locales están analizando la situación en puntos relevantes, como carreteras y cruces muy transitados. Las empresas tienen el deber de cuidar de sus empleados y reconocen que una plantilla sana será más productiva, por lo que la monitorización de la calidad del aire en el lugar de trabajo está cada vez más extendida. En el ámbito de los consumidores, cada vez son más las personas que adquieren algún tipo de dispositivo de monitorización, sobre todo los padres con hijos pequeños o aquellos que tienen un familiar anciano, así como las personas que padecen una enfermedad crónica que podría verse agravada por la mala calidad del aire.

Tecnologías modernas para la monitorización de la calidad del aire
Dado que la calidad del aire puede afectar de forma tan importante a la salud, no es de extrañar que se esté monitorizando más que nunca, y no cabe duda de que el acceso a un hardware avanzado es un factor importante. Hay varios tipos de tecnología de sensores disponible, cada una con diferentes características en términos de rendimiento y funcionalidad.

Los sensores de óxido de metal (MOX) son no selectivos y cambian de resistencia para indicar la presencia de gases. Son bastante limitados en términos operativos y únicamente pueden efectuar mediciones relativas (indican si un nivel es mejor o peor que otro). También hay que tener en cuenta que los sensores de MOX son bastante sensibles a las fluctuaciones de la humedad relativa (HR) y la temperatura (T), por lo que los monitores de la calidad del aire que utilizan esta tecnología suelen incluir sensores de HR y T para compensarlo. Algunos COV (como la loción para después del afeitado, el perfume, los rotuladores o incluso la cerveza) forman parte de la vida cotidiana y el rendimiento limitado de los sensores de MOX puede llevar a detectar un problema que en realidad no existe. En general, los cambios de la calidad del aire a corto plazo debidos a la actividad cotidiana son bastante menos alarmantes que los cambios en los niveles subyacentes que tienden a evolucionar con mayor lentitud.

Un método alternativo para determinar la calidad del aire es la detección por infrarrojos no dispersivos (NDIR, por sus siglas en inglés). Normalmente, los dispositivos sensores NDIR tienen una fuente de IR, una cámara de muestras, un filtro espectral y un mecanismo de detección de IR. El filtro espectral se selecciona en función del gas que se va a medir. Por ejemplo, el CO2 suele absorber a una longitud de onda de 4,26 μm, por lo que, cuanto más acentuada sea la reducción de la intensidad de IR para esta longitud de onda, mayor será la cantidad de CO2 presente. Recientemente se han incorporado otras tecnologías para la detección de partículas, como la detección basada en láser. Para medir la cantidad de PM presente en el aire, estos dispositivos se basan en que la PM refleja los haces de luz láser.

Tecnología de sensores de corriente
Actualmente hay una gran variedad de sensores relacionados con la calidad del aire. Estos dispositivos, compactos y de bajo consumo, permiten desarrollar monitores de calidad del aire como unidades independientes e incorporarlos a los electrodomésticos, como pueden ser los equipos de aire acondicionado, etc. En una época en la que los edificios inteligentes son cada vez más habituales, estos sensores pueden conectarse a sistemas automatizados más complejos y sofisticados que pueden paliar los efectos de la mala calidad del aire. Un ejemplo serían las ventanas de una oficina que pudieran abrirse automáticamente hasta que la calidad del aire mejorase.

El Telaire SM-UART-01L+ de Amphenol Advanced Sensors es un sensor de polvo que determina la concentración de partículas de polvo en el aire por medio de un mecanismo óptico. El dispositivo ultracompacto (43 mm × 45 mm × 18 mm) contiene un diodo láser y un fotosensor de alta sensibilidad. Las partículas del aire reflejan la luz del diodo láser y, a su vez, la luz reflejada es detectada por el fotosensor. El patrón de pulsos de la señal de salida permite al SM-UART-01L+ diferenciar las partículas pequeñas (como el humo) de las más grandes (como el polvo en general). Pensado principalmente para su uso en interiores, filtros de aire, purificadores de aire y aires acondicionados, este subsistema de detección por láser y totalmente integrado puede medir partículas con un diámetro de hasta 0,3 μm (PM0,3), detectar concentraciones de hasta 1 μg/m3 y emitir datos en serie a través de la interfaz de conector integrada de ocho pines a velocidades de hasta 9600 bps. Tolera niveles de precisión elevados (≤±15 %) y proporciona tiempos de respuesta ≤15 s.

El sensor SPS30 PM de Sensirion también usa la dispersión de luz láser para determinar la presencia de PM, aunque además emplea la tecnología de resistencia a la contaminación de la propia empresa. Esta tecnología, junto con la precisión de los componentes de alta calidad y larga duración, permite realizar mediciones precisas durante una vida útil que supera los ocho años. Los algoritmos avanzados proporcionan altos niveles de precisión para los diferentes tipos de PM, y la agrupación por tamaños de partículas de mayor resolución permite detectar distintos tamaños de polvo ambiental y otras partículas, por lo que el funcionamiento puede personalizarse para una aplicación o entorno concretos.



El SPS30 de Sensirion.

Otros sensores que también se basan en la tecnología de dispersión de la luz son los de la serie HPM de Honeywell. Estos dispositivos, totalmente calibrados, pueden controlar las partículas contaminantes ambientales PM1,0, PM2,5, PM4,0 y PM10 en un intervalo de 0 mg/m3 a 1000 mg/m3 y su tiempo de respuesta es inferior a 6 segundos. Aptos para su uso en la industria pesada y con un rendimiento contrastado de compatibilidad electromagnética (EMC) conforme a la norma IEC/EN61000, estos dispositivos también pueden incorporarse en productos de consumo. Con un consumo de energía de apenas 80 mA, también son aptos para monitores portátiles de la calidad del aire con batería.



Ejemplo de la oferta de HPM de Honeywell (HPMA115C0-004 Compact).

Mirando hacia el futuro
A medida que más personas adquieren consciencia del grave perjuicio que la calidad del aire puede tener sobre su salud, se espera que la medición de este parámetro se vuelva sumamente común en nuestros hogares, lugares de trabajo e incluso en los espacios reducidos como los coches. Algunas empresas emergentes como uHoo, han creado unidades interiores estéticamente atractivas que combinan muy bien con el mobiliario doméstico. Además, productos como el monitor portátil de contaminación del aire Atmotube tienen un formato lo suficientemente pequeño como para poder llevarlos en un bolso o una mochila y permitirán que las personas puedan comprobar la calidad del aire de su entorno dondequiera que estén.

Los avances tecnológicos pueden contribuir a prolongar nuestra vida, y velar por la calidad del aire que respiramos es un elemento esencial para mantener una existencia saludable. Dado que la eficiencia energética y el aislamiento de los espacios en los que vivimos y trabajamos van en aumento, la calidad del aire disminuye considerablemente, por lo que su control adquiere mayor importancia. Los sensores modernos pueden medir diminutas partículas inferiores a micras mediante una avanzada tecnología óptica y, a medida que el tamaño, el coste y el consumo energético de los dispositivos disminuyan, la monitorización de la calidad del aire pasará a ser otra función más de muchos otros equipos, tanto en el ámbito doméstico, como en un entorno portátil al aire libre.

www.mouser.com

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