Sensores de calidad del aire para consumidores: ¿Son lo suficientemente buenos?

La contaminación del aire afecta a todos. Cada vez más, la gente utiliza sensores de calidad del aire de bajo costo para medir este fenómeno microscópico. ¿Puedes confiar en las lecturas? La respuesta tiene implicaciones en la vida real, especialmente cuando se trata de su salud.

Los sensores de nivel de consumidor aún no son tan confiables como los de laboratorio, y se requiere más investigación para que sean más confiables y precisos. Pero aún pueden ofrecer valor. Este artículo explora los beneficios y desafíos de los sensores y lo que puede aprender de ellos hoy.

¿Qué son los sensores de calidad del aire del consumidor?

Los sensores de calidad del aire para consumidores son relativamente económicos. Algunos pueden caber en la palma de su mano y muchos brindan datos en tiempo real. Los monitores de calidad del aire muy económicos, como los detectores de humo o de monóxido de carbono, simplemente le avisan cuando hay un problema. En comparación con los sofisticados equipos de laboratorio y las estaciones federales de control del aire, los sensores del consumidor y la información que producen pueden ser más accesibles para el público en general y también pueden cubrir más ubicaciones. Si bien los estándares de tecnología de sensores para el consumidor están evolucionando, se necesita más esfuerzo para interpretar los resultados.

¿Qué tipo de contaminantes miden los sensores de calidad del aire?

Independientemente de si está midiendo dentro o fuera, hay dos categorías principales de contaminación que los sensores del consumidor pueden monitorear: 1) material particulado y / o 2) gases. Si bien existe una gama mucho más amplia y componentes de contaminantes en el aire (moho, bacterias y más), cada uno con diferentes implicaciones para la salud, estas son las dos categorías que la mayoría de los sensores de consumidores pueden monitorear actualmente.

Materia particulada (PM)

El material particulado (PM) es una mezcla de partículas sólidas y gotitas de líquido. Algunos se pueden ver a simple vista (por ejemplo, polvo visible) mientras que otros son tan pequeños que necesitaría un microscopio para verlos. Dos fracciones primarias de tamaño de PM de interés son PM10 (PM con un tamaño de hasta 10 micrómetros) y PM2.5 (tamaño hasta 2,5 micrómetros).
Para algún contexto, el cabello humano promedio tiene 70 micrómetros de diámetro, aproximadamente 30 veces el diámetro más grande de PM2.5. El tamaño es importante. PM2.5, por ejemplo, es lo suficientemente pequeño como para inhalarlo profundamente en los pulmones, donde incluso puede ingresar al torrente sanguíneo.

Fuente: EPA

Gases

Se pueden encontrar muchos contaminantes gaseosos tanto en el exterior como en el interior. Cuando se quema combustible, ya sea en la fábrica de la ciudad, en su estufa o horno de gas o en su automóvil, gases como monóxido de carbono (CO) y dióxido de nitrógeno (NO2) formará. También puede encontrarse con este tipo de gases en su hogar.
Además de CO y NO2 , algunos sensores portátiles intentan medir compuestos orgánicos volátiles (COV), que son sustancias químicas transportadas por el aire. Puede encontrar compuestos orgánicos volátiles por la emisión de gases de productos domésticos o al usar aerosoles de limpieza, por ejemplo.

¿Qué estándares existen para la contaminación del aire?

Los sensores de consumo no están destinados a reemplazar las costosas estaciones de calidad del aire a gran escala exigidas por el gobierno federal. Estas estaciones federales monitorean y regulan una lista de contaminantes externos como ozono, material particulado (PM) o dióxido de nitrógeno. Muchos sensores de consumo se prueban y desarrollan en relación con estos monitores de grado reglamentario.
La mezcla de contaminación del aire interior puede ser muy diferente a la del exterior. Los niveles de contaminantes individuales comunes del aire en interiores, como el moho y el polen, no pueden informarse por separado de la mezcla de otros contaminantes mediante un sensor de consumo típico. Hoy en día, no existen tantos estándares para probar la calidad del aire interior con sensores en edificios residenciales, con las notables excepciones del monóxido de carbono y el humo.

¿Cómo funcionan los sensores de calidad del aire para consumidores?

Los sensores de consumo le brindan una estimación de la materia particulada (PM) o los contaminantes gaseosos en el aire, a menudo basándose en una medición de un diferente algo que está relacionado con el contaminante real pero que es mucho más fácil de medir. Por ejemplo, el sensor puede medir la cantidad de ligero dispersado por material particulado, que normalmente aumenta a medida que aumentan los niveles de contaminación. A veces, estos resultados se colocan en una escala de bajo, medio y alto, o en el caso de monitores de calidad del aire sinusoidal muy básicos como los detectores de humo, en una escala binaria (que indica si hay humo presente o no). Dato curioso: ¡algunos de los primeros sensores de PM de bajo costo se construyeron a partir de detectores de humo!
Un muestreador de calidad del aire de grado de laboratorio, por otro lado, puede brindarle una directo medición de contaminantes en el aire, como cómo mucho el polvo está en 1 metro cúbico de aire (microgramos / m3).

Desafíos de los sensores de partículas de bajo costo

Muchos sensores de materia particulada (PM) son fotómetros, lo que significa que estiman la cantidad de PM en el aire según la cantidad de luz de un láser o LED que se bloquea o se dispersa cuando esa luz se envía a través del aire. Hay muchos factores que pueden interferir con estos procesos, como por ejemplo:

  • Diferentes tipos de partículas pueden dispersar la luz de manera diferente según su tamaño, forma y color. Por ejemplo, las partículas de colores más oscuros dispersarán menos luz que las partículas de colores más claros. La calibración contra estos factores es necesaria para evaluaciones de PM altamente precisas.
  • Algunas PM muy (muy) pequeñas pueden pasar desapercibidas por la luz que atraviesa el aire.
  • Algunas partículas son tan grandes que es posible que no lleguen a la cámara del sensor.
  • Las propias partículas de polvo pueden acumularse en el dispositivo con el tiempo y bloquear el sensor. Limpiar los sensores con aire comprimido es una forma de ayudar con esto.
  • La fuente de luz LED o el láser pueden atenuarse con el tiempo, reduciendo incorrectamente la estimación del sensor de bloqueo o dispersión.
  • Un sensor necesita una cantidad razonable de aire que entra y sale de su cámara de detección para producir estimaciones fiables de los niveles de contaminación a medida que cambian con el tiempo. Si se encuentra en un lugar donde el flujo de aire está bloqueado o disminuido sustancialmente, puede subestimar la concentración de partículas.
  • La humedad y la temperatura pueden afectar en gran medida las lecturas. Por ejemplo, si acerca el sensor a una ducha, “detectará” muchas partículas en el aire, ¡pero en realidad está detectando vapor de agua!

Desafíos de los sensores de gas portátiles

Monitores que muestran las concentraciones de gases como CO y NO2 tienden a ser costosos, desde unos pocos cientos hasta miles de dólares.
Los sensores de COV portátiles son menos costosos pero tienen limitaciones debido a la sofisticación requerida para medir la concentración de gas. Como son hoy en día, los sensores de COV de grado de consumidor generalmente no son muy sensibles. Algunas limitaciones incluyen:

  • Por lo general, un sensor de COV portátil no medirá uno en particular VOC. En cambio, probablemente medirá un mezcla total de varios VOC (denominados TVOC). Si este es el caso, el sensor puede variar su respuesta a diferentes tipos de compuestos orgánicos volátiles. Por ejemplo, podría magnificar la estimación de un compuesto sobre otro, posiblemente en un factor significativo. A continuación, se podría inflar la lectura final. Esto se vuelve muy importante porque algunos COV son más peligrosos que otros. Si ve una lectura alta de TVOC de VOC menos peligrosos, podría ser menos peligroso que una lectura baja de TVOC de VOC más peligrosos.
  • La contaminación de otros gases puede darle una lectura inexacta. Por ejemplo, si está midiendo VOC, el sensor puede detectar otros gases como CO y NO2 sin decirte.
  • Los sensores de gas deben calibrarse periódicamente para mantener su fiabilidad. De lo contrario, sus medidas podrían «desviarse» y volverse menos precisas con el tiempo.
  • La temperatura y la humedad deben controlarse o calibrarse para cuando utilice un sensor de gas o puede interferir con las lecturas.

¿Cuáles son los beneficios de los sensores de calidad del aire?

Aunque los sensores de calidad del aire para el consumidor tienen sus limitaciones, también tienen beneficios. Pueden mostrar una tendencia general en la contaminación del aire y alertarle sobre la tipos de actividades que generan contaminación en interiores. También pueden mostrar una tendencia en la calidad del aire exterior en su barrio. Estos son datos localizados que es posible que no obtenga de los monitores federales de calidad del aire en su región.
Los investigadores del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley compararon los sensores de consumo con los sensores de laboratorio (Singer & Delp, 2018). Midieron el material particulado (PM) de actividades normales como quemar tostadas, encender una vela o cocinar judías verdes. Entre los siete sensores de partículas de consumo, cuatro dispositivos estaban apagados en un factor de aproximadamente dos. Los otros tres sensores del consumidor estaban apagados por más de un factor de dos.

¿Son suficientemente buenos los sensores de calidad del aire para consumidores?

A partir de ahora, la mayoría de los sensores de calidad del aire para consumidores tienen limitaciones técnicas que pueden afectar su precisión y confiabilidad. Es posible que las lecturas aún no sean lo suficientemente precisas para compararlas con los estándares regulatorios o lo suficientemente sensibles para representar de manera confiable concentraciones ultrabajas de contaminantes ambientales, pero pueden ayudar a guiar o informar sus decisiones de salud personal. Si simplemente está buscando puntos calientes o tendencias, los sensores del consumidor a veces pueden ayudarlo a decirle si las intervenciones de calidad del aire están funcionando con el tiempo o qué comportamientos causan cambios en las concentraciones (como cocinar, pasar la aspiradora o abrir una ventana). Y aunque muchos sensores de consumo pueden no informar las concentraciones de contaminación del aire con gran precisión, las tecnologías emergentes y las técnicas de calibración son muy prometedoras.
Los sensores de calidad del aire ofrecen el mayor valor cuando destacan las fuentes del problema, ilustran patrones de contaminación e inspiran soluciones. Si los dispositivos pueden ayudar a cambiar la calidad del aire en su hogar o comunidad, este es un paso en la dirección correcta.
Un agradecimiento especial a Drew Hill, PhD MPH por su aporte. Drew es un colega de SHAIR, una startup impulsada por Ramboll que trabaja para ayudar a las ciudades, comunidades y empresas a hacer más con sus mediciones de la calidad del aire.

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