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Ventajas del uso de sensores para medir la calidad del aire exterior

Publicado en 10 enero, 2019

Envira,

La contaminación atmosférica es uno de los principales problemas a los que la humanidad debe hacer frente. Por eso las Smart Cities apuestan cada vez más por soluciones que permiten medir la calidad del aire exterior ya que el papel que juega la tecnología para paliar este problema es clave.

Es una cuestión de la que no se libra prácticamente ningún rincón del planeta, registrando un especial impacto en las zonas urbanas en las que se concentra la mayoría de la población mundial.

Sensores low cost, más información para mejorar la toma de decisiones

Antes de entrar a describir las ventajas que tiene medir la calidad del aire exterior con sensores, conviene definir algunos conceptos clave: calidad del aire, monitorización ambiental y sensores de bajo coste o low cost.

La calidad del aire hace referencia a la concentración de un contaminante en la atmósfera. Este valor varía conforme a las condiciones meteorológicas, que son un factor fundamental para definir la capacidad de dilución de la atmósfera.

Para valorar cómo de buena o mala es la calidad del aire, la legislación europea y española establece los denominados niveles de inmisión, que determinan el efecto de un contaminante sobre la salud o el medio ambiente.

La monitorización ambiental de la calidad del aire, tal y como describen en la web Urban Emissions, consiste en el «ejercicio de medir los niveles ambientales de contaminación del aire en un área», permitiendo conocer el estado de la calidad del aire que respiran los habitantes de esa zona. La monitorización en sí misma no reduce la contaminación, pero su medición a largo plazo proporciona información sobre las fuentes de contaminación y sus niveles, permitiendo establecer patrones que ayuden a la formulación de políticas de control.

En cuanto a los sensores de bajo coste y aunque no existe una definición consensuada, organismos como la Organización Meteorológica Mundial (WMO) los describen como aquellos dispositivos con un «coste inicial de compra» más reducido «en comparación con el coste de adquisición de un solo instrumento de referencia que mida el mismo parámetro atmosférico o uno similar» (Lewis et al., 2018), instrumentos estos últimos que pueden situarse entre los 5 000-30 000 € por sensor (Castell et al., 2017). Y aunque la denominación “bajo coste” no significa un rendimiento menor, es necesario dejar claro que los valores obtenidos no alcanzan aún la exactitud de las estaciones de calidad del aire correctamente mantenidas, por lo que este tipo de sensores «no son actualmente un sustituto directo de los instrumentos de referencia, especialmente con fines obligatorios. Sin embargo, constituyen una interesante fuente complementaria de información sobre la calidad del aire, siempre que se utilice un sensor adecuado» (Lewis et al., 2018).

Principales ventajas del uso de sensores para la medición del aire en las ciudades

Centrando el artículo sobre las principales ventajas que tiene el uso de estos aparatos, cabe citar las siguientes (Snyder et al., 2013 y Rai et al., 2017):

Complementar las redes convencionales de monitorización

Esta es, posiblemente, una de las principales ventajas. Los sistemas de medición ofrecen información relativa a unas coordenadas concretas . Es decir, la concentración de gases contaminantes en un punto y en otro situado a 500 metros, por ejemplo, no tiene por qué ser la misma, ya que un simple cambio en la dirección del viento puede ejercer una notable diferencia.

Esta característica hiperlocal y el elevado coste de los métodos de medición tradicionales hace que los sensores de bajo coste sean una alternativa viable que permite ampliar la red de monitorización, utilizando los datos de las estaciones de referencia como fuente de comparación.

Como muestra de este aprovechamiento, conviene citar el ambicioso proyecto que está desarrollando Londres, donde se van a invertir 900 000 libras para mejorar la monitorización y la recopilación de información destinada a la creación de modelos a través de este tipo de dispositivos.

Gestión de la respuesta a emergencias, detección de fugas peligrosas y supervisión del cumplimiento de las normas en la fuente

La portabilidad y capacidad para ser calibrados in situ conforme a las condiciones del lugar (además de en laboratorio), un aspecto este último que permite obtener lectura más fiables, hace que estos dispositivos puedan emplearse para controlar los niveles de contaminación en las fuentes emisoras o alertar de emergencias. La mayor parte de los sensores de bajo coste responden bien a las altas concentraciones de gases contaminantes, lo cual los hace también indicados para ciudades de países en desarrollo que carecen de redes de medición.

Mejora en la creación de modelos predictivos y del conocimiento entre contaminación atmosférica y salud humana

La mejora en las metodologías para la creación de modelos y mapas de contaminación está permitiendo que los datos que aportan los sensores de bajo coste dispuestos en forma de red cada vez tengan mayor utilidad, consiguiendo «reproducir valores oficiales promediados en toda la ciudad con un R2 de 0,89», como en el caso de Oslo (Schneider et al., 2017), o el aeropuerto de Heathrow en Londres, donde se ha creado un útil modelo predictivo de contaminación (Popoola et al., 2018).

Los datos masivos de contaminación del aire y su análisis y representación cruzados posteriormente con datos de ingresos hospitalarios o consultas médicas pueden conducir igualmente a conocer mejor cómo se relacionan contaminación atmosférica y salud humana.

Concienciar a las comunidades locales

El hecho de poder recopilar más datos a menor precio puede facilitar igualmente la labor de concienciación de la sociedad siempre y cuando la información se haga accesible. No en vano cada vez son más los padres y madres que admiten su preocupación por los niveles de contaminación que soportan sus hijos e hijas, uno de los grupos más vulnerables, en el camino de ida y vuelta de los centros escolares.

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¿Por qué medir la calidad del aire exterior en las ciudades?

  • Para prevenir el cambio climático: las emisiones de algunos gases de efecto invernadero como el metano contribuyen a incrementar la temperatura global. Algunas fuentes, como la United States Environmental Protection Agency (EPA), apuntan asimismo a un vínculo directo entre la contaminación del aire y el cambio climático, relación que se traduciría en una intensificación de sus respectivas consecuencias.
  • Para reducir los niveles de mortalidad: la OMS estima que cada año fallecen 4,2 millones de personas como resultado de su exposición continuada a niveles de contaminación exterior perjudiciales. Los colectivos de mayor riesgo son las personas mayores, enfermos y población infantil, aunque numerosos estudios sugieren también afecciones sobre las mujeres embarazadas. En algunos países y ciudades la situación es tan extrema que algunas publicaciones no dudan en establecer una analogía entre estos grupos y los canarios que antiguamente se empleaban para alertar de las condiciones ambientales en el interior de las minas. En el caso de España, un reciente estudio ha señalado que «la mortalidad (a corto plazo) por todas las causas atribuibles a la contaminación atmosférica química en España se relaciona con 9500 muertes/año» (Díaz Jiménez & Linares Gil, 2018).
  • Para reducir las pérdidas económicas: según datos publicados por el Banco Mundial en 2016, las pérdidas económicas derivadas de los fallecimientos atribuidos a la contaminación supusieron solo durante 2013 unos 225.000 millones de dólares. A estas cifras hay que añadir además las horas de trabajo perdidas por bajas laborales y los gastos resultantes del aumento en los ingresos hospitalarios.

ENVIRA IoT está especializada en el diseño y la instalación de equipos para la implementación de redes IoT de sensores en Smart Cities. Se tratan de dispositivos de alto rendimiento y precisión en la medición, tratamiento y transmisión de los datos capturados.

Referencias

  • Castell, N., Dauge, F., Schneider, P., Vogt, M., Lerner, U., & Fishbain, B. et al. (2017). Can commercial low-cost sensor platforms contribute to air quality monitoring and exposure estimates?. Environment International, 99, 293-302. doi: http://doi.org/gc5tfb
  • Snyder, E., Watkins, T., Solomon, P., Thoma, E., Williams, R., & Hagler, G. et al. (2013). The Changing Paradigm of Air Pollution Monitoring. Environmental Science & Technology, 47(20), 11369-11377. doi: http://doi.org/czqd
  • Rai, A., Kumar, P., Pilla, F., Skouloudis, A., Di Sabatino, S., & Ratti, C. et al. (2017). End-user perspective of low-cost sensors for outdoor air pollution monitoring. Science Of The Total Environment, 607-608, 691-705. doi: http://doi.org/gc5tfc
  • Schneider, P., Castell, N., Vogt, M., Dauge, F., Lahoz, W., & Bartonova, A. (2017). Mapping urban air quality in near real-time using observations from low-cost sensors and model information. Environment International, 106, 234-247. doi: http://doi.org/gbqnfd
  • Popoola, O., Carruthers, D., Lad, C., Bright, V., Mead, M., & Stettler, M. et al. (2018). Use of networks of low cost air quality sensors to quantify air quality in urban settings. Atmospheric Environment, 194, 58-70. doi: http://doi.org/gfnfv9
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