Monitoreo de Monóxido de Carbono

El monóxido de carbono (CO) es un gas que no puedes ver, oler ni saborear, pero puede ser peligroso para nosotros y el medio ambiente. Se produce cuando cosas como la gasolina o la madera no se queman completamente, especialmente en lugares con mucho tráfico o actividad industrial. La exposición a altos niveles de CO puede causar intoxicación por CO, lo que lleva a problemas de salud graves, dándole el nombre de “El Asesino Silencioso.” Aunque el CO no es la causa principal del calentamiento global, sí contribuye a alterar el equilibrio de los gases de efecto invernadero, lo que podría exacerbar el cambio climático. Incluso niveles bajos de CO pueden producir dolores de cabeza y mareos en los humanos, y la exposición prolongada puede ser bastante peligrosa.

Monitorear y reducir las emisiones de CO es esencial para crear ambientes mejores y más seguros y abordar desafíos climáticos más amplios. Este artículo cubre información sobre el monóxido de carbono, sus fuentes, niveles permitidos en el aire ambiente, impacto en la salud y el medio ambiente, posibles medidas correctivas, la necesidad de monitores de monóxido de carbono y diferentes métodos de monitoreo de CO.

El monóxido de carbono es un gas combustible sin color, sabor ni olor. Es el gas más común y dañino que se encuentra en entornos tanto interiores como exteriores. Se produce por la combustión incompleta de combustibles que contienen carbono, como el gas natural, la gasolina o la madera. Se emite por diversas fuentes de combustión, incluidos automóviles, centrales eléctricas, incendios forestales e incineradores. Las fuentes móviles representan la gran mayoría de las emisiones de CO al aire ambiente a nivel nacional y en regiones metropolitanas.  

Monóxido de carbono también puede ser producido por reacciones fotoquímicas que involucran metano e hidrocarburos no metánicos, otros hidrocarburos orgánicos volátiles en la atmósfera y moléculas orgánicas en aguas superficiales y suelo. Algunas fuentes interiores de CO también contribuyen a la exposición general. El peso molecular del monóxido de carbono es similar al del aire: aproximadamente 28.01 g/mole. El monóxido de carbono consiste en un átomo de oxígeno y un átomo de carbono, que están unidos por un enlace triple formado por dos enlaces covalentes y un enlace covalente dativo. La fórmula química del monóxido de carbono se da como CO. Es inflamable y reacciona vigorosamente con oxígeno, cloro, flúor y óxido nitroso. Es ligeramente soluble en agua, suero sanguíneo y plasma.

Monóxido de Carbono en la Atmósfera:

El CO está presente de forma natural en la atmósfera en concentraciones muy bajas de aproximadamente 0.05–0.1 ppm en aire limpio, lo cual no es dañino para los humanos independientemente. El CO se libera de forma natural por erupciones volcánicas, incendios forestales, etc. Sin embargo, las actividades humanas son la mayor fuente de emisiones de CO, de las cuales la mayor proporción es emitida por los gases de escape de los motores de combustión interna de los vehículos que funcionan con gasolina y diésel. Permanece en la atmósfera durante aproximadamente dos meses y, eventualmente, reacciona con oxígeno para formar dióxido de carbono.

El monóxido de carbono es un gas traza en la atmósfera que no tiene efecto directo sobre la temperatura global, a diferencia del metano y el dióxido de carbono. Por otro lado, juega un papel importante en la química atmosférica y afecta la capacidad de la atmósfera para limpiarse de muchos otros contaminantes. En combinación con otros contaminantes y la luz solar, contribuye al desarrollo de ozono de baja atmósfera ("malo") y smog urbano.

Los niveles de monóxido de carbono son típicamente más altos durante los inviernos, ya que las bajas temperaturas inhiben los procesos de combustión, resultando en una mayor formación de CO. Además, las condiciones meteorológicas durante los inviernos atrapan los contaminantes cerca del suelo. El uso de hornos y calefactores de gas aumenta en esta temporada, sumando a las emisiones de CO. 

El monóxido de carbono (CO) es un gas peligroso que puede ser inhalado en grandes cantidades. Puede ser liberado desde una variedad de fuentes antropogénicas y también existe de forma natural.

Natural

El monóxido de carbono se emite desde fuentes naturales como volcanes, incendios de arbustos/bosques, gases naturales liberados de minas de carbón, el metabolismo de los animales e incluso los rayos.

Antropogénico

• La combustión ocurre en vehículos comerciales como coches, aviones, tractores y camiones.
• Industrias que operan a altas temperaturas y utilizan compuestos de carbono como materias primas.
• Las fuentes adicionales incluyen respirar humo de tabaco, quemar biomasa para cocinar, equipos o electrodomésticos como calefactores, barbacoas, estufas de gas, calentadores de agua a gas, chimeneas, extraer gas del mar o tierra, etc.

Las concentraciones de los puntos de referencia que describen la calidad del aire según las concentraciones de monóxido de carbono para diferentes países se indican a continuación. 

Tabla: Puntos de referencia del monóxido de carbono (mg/m3)

• Límite PEL de OSHA: El límite de exposición permisible (PEL) actual de la Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) para el monóxido de carbono es de 50 partes por millón (ppm) partes de aire (55 miligramos por metro cúbico (mg/m(3))) como un promedio ponderado en el tiempo (TWA) de 8 horas [29 CFR Tabla Z-1].
• Límite REL de NIOSH: El Instituto Nacional para la Seguridad y Salud Ocupacional (NIOSH) ha establecido un límite de exposición recomendado (REL) para el monóxido de carbono de 35 ppm (40 mg/m(3)) como un TWA de 8 horas y 200 ppm (229 mg/m(3)) como un techo [NIOSH 1992]. El límite de NIOSH se basa en el riesgo de efectos cardiovasculares.
• Límite TLV de ACGIH: La Conferencia Americana de Higienistas Industriales Gubernamentales (ACGIH) ha asignado un valor límite umbral (TLV) de 25 ppm (29 mg/m(3)) como un TWA para una jornada laboral normal de 8 horas y una semana laboral de 40 horas [ACGIH 1994, p. 15]. El límite de ACGIH se basa en el riesgo de niveles elevados de carboxihemoglobina [ACGIH 1991, p. 229].

Esta directriz resalta información importante sobre el monóxido de carbono para trabajadores, empleadores, médicos, higienistas industriales y otros expertos en seguridad y salud ocupacional que puedan necesitarla para implementar programas efectivos.

Impacto en la salud:

Los niveles de CO en la atmósfera son generalmente normales y poco probables de causar daño. Cuando estos niveles aumentan en un contexto interior o exterior, emergen una variedad de preocupaciones de salud tanto para los individuos como para el medio ambiente.

• Muchas personas conocen el monóxido de carbono (CO) como un gas peligroso que se encuentra en los hogares, pero también es un contaminante del aire común. Es uno de los gases más perjudiciales para nuestra salud porque el CO se une a la hemoglobina en nuestra sangre mucho más fuertemente que el oxígeno, aproximadamente 200 veces más. Esto impide que el oxígeno llegue a nuestros órganos, lo que puede llevar a problemas graves como la insuficiencia de órganos.
• Es especialmente perjudicial para los pacientes cardíacos, ya que produce una deficiencia de oxígeno en el cuerpo. Nos hace sentir mal, y uno de los síntomas más comunes es el vómito. La intoxicación por CO produce síntomas similares a la gripe que a menudo se confunden con la influenza. Si no se trata de inmediato, puede causar inconsciencia y, en raras ocasiones, muerte debido a las graves consecuencias en el cuerpo.
• Los síntomas iniciales de la intoxicación por CO pueden incluir síntomas similares a la gripe, como dolor de cabeza, mareos, debilidad, náuseas y fatiga. En caso de exposiciones prolongadas o altas, esto puede llevar a vómitos, pérdida de conciencia y colapso. Puede llevar a coma o muerte si las exposiciones altas continúan. Las personas con enfermedad coronaria pueden sufrir de dolor en el pecho. 

¿Sabías esto? Según el Centro para el Control y la Prevención de Enfermedades, Cada año, más de 400 estadounidenses mueren por intoxicación accidental por CO no vinculada a incendios, más de 100,000 visitan la sala de urgencias, y más de 14,000 son hospitalizados.

Impacto ambiental:

El monóxido de carbono afecta la cantidad de gases de efecto invernadero emitidos al medio ambiente. Esta alteración en la atmósfera está vinculada al cambio climático y al calentamiento global, ya que el aumento de las temperaturas terrestres y marinas afecta los ecosistemas, incrementa la actividad de tormentas y causa otros fenómenos meteorológicos extremos. 

A escala mundial, el CO no tiene un impacto ambiental sustancial. Sin embargo, el CO puede reaccionar con otros contaminantes del aire en la fuente de emisión. Durante el verano, puede generar ozono peligroso a nivel del suelo u oxidarse para formar dióxido de carbono (CO2). Este importante gas de efecto invernadero ayuda a atrapar el calor en la atmósfera. El CO se clasifica como un agente de forzado climático de corta duración, lo que lleva a considerar reducciones en las emisiones de CO como una posible estrategia para mitigar los efectos del calentamiento global.

Las reacciones de CO en la atmósfera que llevan a la conversión de hidróxido y la formación de ozono son:

CO + OH ➝ CO2 + H

H + O2 ➝ HO2

HO2 + NO ➝ OH + NO2

NO2 + luz solar ➝ NO + O

O + O2 ➝ O3

Neto: CO + 2O2 ➝ CO2 + O3

El CO no puede ser eliminado fácilmente utilizando purificadores de aire u otros métodos; por lo tanto, los pasos correctivos son la única forma de evitar la exposición en la vida real. La única manera de detectar y prevenir problemas es monitorearlos. Para reducir la exposición y la creación de este gas perjudicial, deben implementarse medidas preventivas. Algunas de las medidas se mencionan a continuación:

• Ventilación: Un espacio bien ventilado es la técnica más simple y eficiente para combatir la contaminación por CO. La ventilación no solo disminuye la concentración de CO, sino que también aumenta la cantidad de aire fresco en el espacio.
• Transporte público: Usar el transporte público nos permite reducir nuestra huella de carbono de manera sencilla y, por lo tanto, la producción de CO. 
• Promover el uso de combustibles alternativos: Nuevas fuentes de energía, como automóviles de hidrógeno o automóviles eléctricos, son buenas alternativas a los automóviles con combustible tradicional, ya que ayudan a minimizar las emisiones de estos vehículos.
• Evitar dejar el vehículo en marcha durante mucho tiempo. 
• Evitar áreas con congestión de tráfico. Respirar aire contaminado de esta manera a diario también lleva a efectos en la salud a largo plazo.
• Evitar el uso de electrodomésticos que quemen combustible, como generadores o motores en áreas poco ventiladas.
• Además, el uso adecuado y el mantenimiento preventivo de componentes de calefacción, como calentadores de gas o de agua o cualquier otro electrodoméstico que queme gas, aceite o carbón, etc.

Los diferentes principios de funcionamiento para la monitorización de monóxido de carbono en el ambiente son la absorción infrarroja no dispersiva (NDIR), semiconductores y electroquímica.

Absorción infrarroja no dispersiva (NDIR) - El monóxido de carbono absorbe radiación infrarroja a una frecuencia particular. Cuando la muestra de gas está expuesta a la radiación infrarroja, la radiación infrarroja absorbida por las moléculas de CO presentes en la muestra de gas es medida por el detector en un fotómetro no dispersivo. Sin embargo, el uso de este principio en monitores de monóxido de carbono puede resultar en la posibilidad de interferences potenciales de otros gases que absorben radiación infrarroja similar a la del CO. 

Semiconductor - Cuando un monitor de monóxido de carbono basado en semiconductores de óxido metálico es expuesto a una muestra de aire, las moléculas de CO reaccionan en la superficie del óxido metálico del sensor y se disocian en iones cargados que alteran la resistencia de la película. Esta interacción se mide como una señal y se convierte en la concentración de gas. Sin embargo, el consumo de energía de dichos monitores de monóxido de carbono es mayor en comparación con otros monitores de CO. 

Electroquímica - Los monitores de CO que funcionan según el principio electroquímico operan en función de la difusión del gas de monóxido de carbono en el sensor, lo que resulta en la producción de una señal eléctrica proporcional a la concentración de CO. Permite la medición precisa incluso de bajas concentraciones de monóxido de carbono, lo cual es esencial en la monitorización de monóxido de carbono en condiciones ambientales. 

[Fuente: https://docs.iscape.smartcitizen.me/Components/Gas%20Pro%20Sensor%20Board/Electrochemical%20Sensors/]

Oizom proporciona una gama de módulos de sensores de monóxido de carbono (CO) para monitorear los niveles de CO según sus necesidades. Nuestros sensores miden con precisión el CO en condiciones ambientales, detectando concentraciones en ppb/ppm. Este sensor monitorea el monóxido de carbono en tiempo real. Este sensor está integrado en una carcasa metálica y en electrónica de soporte de ruido ultra bajo, lo que lo hace compacto y confiable. Esto permite una detección precisa de gas incluso en concentraciones muy bajas en la atmósfera. Este sensor funciona con el principio de trabajo electroquímico para medir la calidad del aire ambiental.

Este sensor se somete a calibración utilizando gases y herramientas estándar para garantizar alta sensibilidad y precisión. Cada sensor de gas se calibra con chequeos de cero y rango en un laboratorio controlado, siguiendo la Sección 12.2 del Manual de Aseguramiento de Calidad de la USEPA para Sistemas de Medición de Contaminación del Aire Volumen II. La calibración se realiza utilizando estándares de gas trazables por NIST para un rendimiento confiable.

El módulo del sensor de CO está integrado en sistemas de monitoreo de calidad del aire exterior como Polludrone, AQBot y Odosense. Es ideal para aplicaciones como monitoreo de campus, ciudades inteligentes, industrias, plantas de tratamiento de aguas residuales, carreteras, proyectos de investigación y evaluaciones de impacto ambiental. Al utilizar este módulo de sensor, los usuarios pueden asegurarse de recibir datos precisos y en tiempo real sobre los niveles de CO, facilitando el monitoreo y la gestión efectivos de la calidad del aire en diversos entornos.

1. Compacto: Nuestros sensores son pequeños y fáciles de instalar, perfectos para su uso en cualquier espacio, haciéndolos ideales para el monitoreo portátil de la calidad del aire. Los sensores de CO vienen precalibrados y se pueden reemplazar rápidamente en solo unos minutos al quitar y reemplazar el sensor viejo por uno nuevo. 
2. Duradero: El sensor de CO tiene una larga vida de casi dos años.
3. Eficiencia Energética: No hay necesidad de preocuparse por el uso de energía porque nuestros sensores no solo son precisos, sino también eficientes en energía. ¡Funciona con solo 3.3 a 5V para un rendimiento eficiente y confiable!
4. Tecnología de sensores interna: Oizom aplica algoritmos avanzados de procesamiento de datos para compensar los efectos de la temperatura y la humedad en la salida del sensor. El algoritmo está diseñado para actualizarse automáticamente en función de las condiciones climáticas y los cambios estacionales, eliminando su influencia en el rendimiento del sensor. Los algoritmos avanzados también compensan el efecto del gas cruzado-sensitivo.
5. Electrónica de Ultra-Bajo Ruido: El diseño del módulo del sensor es crucial para mediciones precisas. Cada sensor está alojado en una caja de metal con electrónica de ultra-bajo ruido y un PCB base. La caja de metal protege al sensor y la electrónica de la interferencia electromagnética, evitando lecturas falsas.
6. Cumple con RoHS: Nuestros sensores cumplen con los criterios de RoHS para restringir sustancias peligrosas en dispositivos eléctricos y electrónicos.

• El monóxido de carbono puede ser liberado por casi cualquier fuente de combustión, como vehículos, electrodomésticos de gas como calentadores de gas, generadores, hornos en lugares cerrados, y muchas fuentes comunes presentes en todas partes, aumentando los niveles de monóxido de carbono ya en la atmósfera.
• El CO no se puede oler ni saborear y no se puede ver, por lo que permanece indetectable por los humanos incluso en niveles más altos, convirtiéndolo en un “asesino silencioso.”
• Si hay demasiado monóxido de carbono en el aire, puede dañar sus instalaciones, equipos y productos. El exceso de CO puede acelerar la corrosión a altas temperaturas mediante un proceso químico conocido como pulverización de metales, reduciendo la vida útil de tuberías, ventiladores, automóviles y otros equipos metálicos. Grandes cantidades de monóxido de carbono también pueden interferir con instrumentos delicados como sensores y electrónica, comprometiendo la calidad de sus productos.
• El monitoreo del CO es una forma eficiente de prevenir la intoxicación por CO. Ayuda a detectar la acumulación de niveles de monóxido de carbono y alerta cuando se excede un cierto nivel. 
• El monitoreo en tiempo real del monóxido de carbono ayuda a calcular el índice de calidad del aire para entregar recomendaciones de salud y formular un plan de acción para cumplir con los estándares.  
• Debido a la legislación estatal, del condado y local, los dispositivos de monitoreo de monóxido de carbono ahora son requeridos en la mayoría de los lugares de trabajo. Incluso en estados sin mandatos explícitos, los países y pueblos frecuentemente tienen regulaciones de calidad del aire.