Monitoreo de Materia Particulada - PM10

PM significa material particulado (también conocido como contaminación por partículas), una mezcla de partículas sólidas y gotas líquidas prevalentes en el aire. El polvo, la tierra, el hollín y el humo son ejemplos de partículas grandes que se pueden ver a simple vista. Para fines regulatorios de calidad del aire, estas partículas atmosféricas se definen por su diámetro.

PM10 o Material Particulado Suspendido (SPM) describe partículas inhalables con diámetros generalmente de 10 micrómetros (10μm) y menores. Estas partículas son lo suficientemente pequeñas como para viajar a través de la nariz y la garganta hasta los pulmones. Cuando se inhalan, pueden dañar el corazón y los pulmones, causando problemas de salud importantes. PM10 tiende a asentarse ya que es más pesado. Una vez liberado, permanece en el aire durante minutos u horas y viaja tan solo de 100 metros a 50 kilómetros. Ejemplos de tales partículas gruesas incluyen polvo de construcción, polen y moho. 

A primera vista, el material particulado puede parecer bastante simple de comprender. Es solo polvo y pequeñas partículas flotando en el aire, ¿verdad? ¡No hay necesidad de sacar esos viejos libros de química de la escuela secundaria para esto! Pero la realidad es que el material particulado es mucho más complejo de lo que parece. Sus impactos ambientales y en la salud son significativos, y es algo a lo que todos deberíamos prestar más atención. 

Entonces, ¿qué es exactamente el material particulado (PM10)? ¿De dónde viene? Este artículo cubre información sobre PM10, sus fuentes en el aire ambiente, niveles permisibles, impacto en la salud y ambiental, posibles medidas correctivas, la necesidad de monitores de PM10 y diferentes métodos de monitoreo de PM10.

Cuando pensamos en la contaminación del aire, normalmente imaginamos fábricas y plantas de energía como las principales fuentes. Si bien contribuyen a las partículas en suspensión, también hay muchas otras fuentes. De hecho, las partículas en suspensión pueden proceder de fuentes primarias, como las emisiones, o fuentes secundarias, donde las partículas se forman a través de reacciones químicas en el aire. 

Las partículas en suspensión PM10 se emiten directamente de una fuente (PM primaria) o se forman a través de las reacciones químicas de gases como óxidos de azufre (SOx), óxidos de nitrógeno (NOx), compuestos orgánicos, etc. en la atmósfera (PM secundaria).

Las fuentes naturales de partículas en suspensión son el polvo arrastrado por el viento de tierras abiertas, polen, esporas, moho, tierra, erosión del suelo y incendios forestales. 

Las fuentes antropogénicas de PM10 incluyen:

• La quema de combustibles fósiles como gasolina, petróleo, diésel o madera, 
• Quema de residuos
• Polvo emitido de caminos sin pavimentar y pavimentados
• Trituración y molienda de rocas
• Actividades de construcción no controladas
• Polvo de fábricas, agricultura y vertederos
• Emisiones de suministro de energía y procesos industriales
• Producción de metales y acero, así como la recarga de material a granel 
• Desgaste de frenos y neumáticos de vehículos
• Compuestos orgánicos de procesos industriales y gases de escape de vehículos

Las concentraciones de punto de ruptura que describen la calidad del aire en función de las concentraciones de PM10 para diferentes países se indican a continuación. En India, los niveles diarios promedio de PM10 de hasta 100 μg/m3 se consideran satisfactorios. Las Directrices de Calidad del Aire de la OMS actualizadas (2021) recomiendan un promedio de 24 horas de 45 µg/m3 y un promedio anual de 15 µg/m3, revisado de la guía anterior de 2005 de 50 µg/m3 promedio de 24 horas.

Tabla: Puntos de ruptura de PM10 (μg/m3)  

    [Fuente: Índice Nacional de Calidad del Aire, CPCB (Oct 2014)]

Impacto en la salud:

A pesar de ser la categoría de PM más grande de las dos, el PM10 sigue siendo relativamente pequeño (¡menos de una décima parte del ancho de un cabello humano!). Las partículas de PM10 pueden irritar el tejido de la nariz y la garganta, provocando respuestas alérgicas. Una vez que estas partículas entran en los pulmones, el PM10 irrita el tejido pulmonar y puede desencadenar ataques de asma. Otras condiciones son:

• Accidente cerebrovascular, presión arterial alta y ataque al corazón
• Aumento del riesgo de cáncer de pulmón
• Desarrollo pulmonar reducido
• Bronquitis
• Muerte prematura

Impacto ambiental:

Se ha encontrado que las partículas en suspensión en numerosos estudios científicos reducen la visibilidad, mientras que también impactan negativamente en el clima, los ecosistemas y los materiales. El PM, principalmente el PM2.5, afecta la visibilidad al alterar la forma en que la luz es absorbida y dispersada en la atmósfera.

Con respecto al cambio climático, componentes específicos de la mezcla de PM ambiental promueven el calentamiento global (p. ej., el carbono negro). En contraste, otros tienen un efecto de enfriamiento (p. ej., nitrato y sulfato), lo que resulta en que el PM ambiental tenga capacidades tanto de calentamiento como de enfriamiento. 

Además, el asentamiento de las partículas en el aire sobre plantas, suelos y ecosistemas acuáticos tiene efectos perjudiciales para ellos. Los compuestos metálicos y orgánicos reducen el crecimiento y el rendimiento de las plantas, mientras que la deposición de PM en cuerpos de agua afecta su calidad y claridad. 

El paso principal es el monitoreo de PM10 para identificar las áreas con altos niveles de partículas. Puedes utilizar alertas de calidad del aire para protegerte a ti mismo y a los demás cuando PM alcance niveles peligrosos. Además de esto, se pueden tomar las siguientes medidas correctivas: 

• Mira las lecturas de AQI locales.
• Limita las actividades al aire libre y cierra ventanas y ventilaciones durante momentos de alta contaminación del aire.
• Salta el ejercicio matutino si el AQI supera su límite.
• Usa una máscara contra la contaminación.
• Elimina el uso de la chimenea, la estufa de leña, el equipo de jardinería o del césped a gas.  
• Invierte en un sistema de monitoreo de calidad del aire.
• Evita áreas con congestión de tráfico, actividades de construcción o caminos no pavimentados. Respirar aire tan contaminado a diario también lleva a efectos en la salud a largo plazo. 

Los diferentes principios de funcionamiento para el monitoreo de material particulado en el ambiente son Gravimétrico, TOEM, Atenuación Beta (BAM) y Dispersión Láser.  

Método Gravimétrico de Alto Volumen - Los monitores de PM10 basados en el principio gravimétrico toman el aire ambiental durante 24 horas a un caudal constante a través de una entrada selectiva de tamaño que solo permite el paso de material particulado con un diámetro Aerodinámico de 10µm o menos. El material particulado se recoge en un filtro prepesado acondicionado a condiciones constantes de temperatura y humedad. Después del período de muestreo de 24 horas, el filtro se acondiciona nuevamente bajo las mismas condiciones de temperatura y humedad y se vuelve a pesar. La diferencia en peso corresponde a la masa recogida en el filtro, que, junto con el caudal conocido, el período de muestreo y el volumen total del aire muestreado, se utiliza para calcular la concentración de PM10. 

Balances Oscilantes de Elemento Cónico (TEOM) - Es un sistema propietario para el monitoreo de material particulado. Los monitores de PM10 basados en TEOM determinan la concentración de PM10 pesando continuamente las particulas depositadas en el filtro adjunto a un elemento cónico hueco que oscila en un campo eléctrico aplicado. La frecuencia de oscilación disminuye con la acumulación de partículas en los filtros. Los controladores de flujo de masa térmica controlan y miden constantemente el caudal del monitor de PM10, que, junto con la concentración de masa, la temperatura y otros factores, se utiliza para calcular las concentraciones de PM10 de forma continua.

Monitor de Atenuación Beta (BAM) - El monitoreo de PM10 basado en el principio BAM mide la densidad de masa de partículas utilizando atenuación de radiación beta. Las partículas en el aire ambiental aspiradas al monitor de PM10 se depositan en un filtro de banda de papel y se exponen a rayos beta (es decir, electrones con energías en el rango de 0.01 a 0.1 MeV), que se atenuan en función de la masa particulada. El conteo beta disminuye con un aumento en la masa de PM10, lo que es registrado por el detector y convertido en concentración.

Dispersión Láser - El monitor de PM10, basado en el principio físico de dispersión de luz, también conocido como contador de partículas óptico (OPC), mide partículas de polvo iluminadas por luz láser a un ángulo de 90°. La luz dispersada de cada partícula se recoge aproximadamente a 90° por un espejo y es detectada por un fotodiodo. Esta señal se alimenta a un clasificador de tamaño multicanal, donde se utiliza un analizador de altura de pulso para clasificar cada pulso de forma proporcional al tamaño de la partícula. Los conteos en el canal correspondiente a PM10 se convierten en la concentración de PM10.

[Fuente: https://www.researchgate.net/figure/Principle-of-optical-particle-counter]

Entre todos los principios de monitoreo de PM10 anteriores, los monitores de PM basados en dispersión láser suelen ser preferidos para el monitoreo del aire ambiental, ya que brindan mediciones rápidas y precisas y son económicos en comparación con los otros.

En Oizom, ofrecemos diversos sensores de Material Particulado (PM), incluidos PM1, PM2.5, PM10 y PM100, diseñados para un monitoreo preciso de la calidad del aire en varias tamaños de partículas.

Nuestro módulo de sensor de Material Particulado está diseñado para medir con precisión las concentraciones de PM1, PM2.5, PM10 y PM100 en el aire ambiente, proporcionando datos en tiempo real sobre los niveles de material particulado atmosférico. La avanzada electrónica de soporte del sensor garantiza compacidad y fiabilidad, convirtiéndolo en una solución robusta para el monitoreo continuo de la calidad del aire.

Estos sensores funcionan con tecnología de dispersión láser con una entrada calentada para eliminar la humedad y garantizar datos precisos de calidad del aire. La integración de un ventilador de alta resistencia y láseres avanzados garantiza datos precisos y durabilidad, haciendo que estos sensores sean ideales para aplicaciones al aire libre que requieren información en tiempo real sobre la calidad del aire.

Estos avanzados módulos de sensor de material particulado se utilizan en nuestros sistemas de monitoreo de calidad del aire al aire libre, como Polludrone y AQBot. Además, estos módulos son un componente clave en nuestro monitor de polvo ambiental especializado Dustroid. Estos sensores versátiles se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluidos el monitoreo nacional de la calidad del aire, evaluaciones de impacto en la salud ambiental, monitoreo de sitios de construcción, minería, ciudades inteligentes y proyectos de investigación sobre calidad del aire. Al proporcionar datos en tiempo real sobre la concentración de partículas, los módulos de sensor PM de Oizom apoyan una amplia gama de necesidades de monitoreo ambiental, asegurando datos de calidad del aire precisos y confiables para diversas aplicaciones.

Nuestros sensores de monitoreo de partículas están calibrados con estaciones de referencia, que albergan BAM-1020 para PM (atenuación de rayos β) lo que mejora significativamente la precisión y fiabilidad de los datos de nuestros sensores, asegurando resultados de monitoreo de calidad del aire de alta calidad.

1. Compacto: El pequeño tamaño del sensor permite que se instale en cualquier ubicación, grande o pequeña, lo que lo hace útil en dispositivos.
2. Duradero: Se espera que el sensor de PM tenga una vida útil de 18 meses.
3. La medición de polvo mediante el principio de dispersión láser sobrestima los niveles de concentración de PM en condiciones de alta humedad en condensación. La precisión de los datos en tales condiciones se mantiene mediante la deshumidificación de la muestra de aire utilizando una entrada calentada. 
4. Reduce la humedad relativa de la muestra de aire en un 30-40%, eliminando su interferencia en la medición de partículas.
5. Los sensores de PM funcionan con principios de dispersión basados en láser y algoritmos avanzados. 

• PM10 es una mezcla compleja de sólidos y aerosoles con un tamaño muy pequeño que puede pasar fácilmente a través de la nariz y la garganta y penetrar en los pulmones.
• Las partículas en suspensión se emiten a la atmósfera desde los gases de escape de los vehículos, centrales eléctricas y procesos de combustión como la quema de combustibles fósiles, residuos, etc. También se forman en la atmósfera por varias reacciones químicas de otros contaminantes del aire como NOx y SOx. 
• Cuando se inhala, irrita los ojos, la nariz, la garganta y las vías respiratorias y puede penetrar en los tejidos, causando enfermedades graves como infartos, cáncer de pulmón, edema, etc., lo que lleva a la muerte prematura. , etc.  
• El monitoreo de PM10 es una forma eficiente de detectar altas concentraciones de partículas en suspensión y prevenir exposiciones a niveles altos.
• El monitoreo en tiempo real de PM10 ayuda a determinar la calidad del aire y a formular un plan de acción para controlar los altos niveles de contaminación por PM.