Monitoreo de Material Particulado - PM2.5

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 suciedad, 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.

PM2.5, o material particulado con un diámetro de 2.5 micrones, es conocido colectivamente como (PM2.5) Material Particulado Suspendido Respiratorio (RSPM). Se considera un contaminante del aire crítico y está regulado por organismos gubernamentales de todo el mundo. Estas partículas finas son más de 100 veces más delgadas que el cabello humano (demasiado pequeñas para ser detectables por el ojo humano). Pueden penetrar fácilmente en los pulmones y incluso entrar en el torrente sanguíneo. El material particulado PM2.5 es uno de los seis contaminantes del aire de criterios para los cuales existen normas nacionales de calidad del aire que limitan sus niveles en el aire exterior.

El PM2.5 en la atmósfera consiste en compuestos orgánicos tóxicos y también metales pesados liberados de diversas fuentes. Una vez liberados, permanecen en el aire durante mucho tiempo es decir, días o semanas y pueden viajar cientos de millas. 

A primera vista, el material particulado podría parecer bastante simple de comprender. Son solo polvo y partículas pequeñas flotando en el aire, ¿verdad? ¡No hay necesidad de sacar esos viejos libros de química de la 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 (PM2.5)? ¿De dónde proviene? Este artículo cubre información sobre PM2.5, sus fuentes en el aire ambiente, niveles permisibles, impacto en la salud y el medio ambiente, posibles medidas correctivas, la necesidad de monitores de PM2.5 y diferentes métodos de monitoreo de PM2.5.

Cuando pensamos en la contaminación del aire, generalmente 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 provenir de fuentes primarias, como las emisiones, o de fuentes secundarias, donde las partículas se forman a través de reacciones químicas en el aire.

Las partículas en suspensión PM2.5 se emiten directamente desde una fuente (PM primaria) o se forman a través de 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 PM2.5 son aerosol marino, erosión del suelo, erupciones volcánicas e incendios forestales. 

Las fuentes antropogénicas de PM2.5 incluyen:

• La quema de combustibles fósiles como gasolina, petróleo, diésel, carbón o madera, etc. 
• Procesos agrícolas
• Cocinar y el humo del cigarrillo. 
• Emisiones del escape de vehículos de motor, específicamente de diésel.
• Emisiones de plantas de energía y procesos de combustión industrial.

Las concentraciones de umbral que describen la calidad del aire basadas en las concentraciones de PM2.5 para diferentes países se indican a continuación. En India, los niveles diarios promedio de PM2.5 de hasta 60 μg/m3 se consideran satisfactorios. Las pautas actualizadas de calidad del aire de la Organización Mundial de la Salud (2021) recomiendan una media de 24 horas de 15 μg/m3.

Tabla: Umbrales de PM2.5 (μg/m3)

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

Impacto en la salud:

Las partículas en suspensión consisten en sólidos microscópicos o gotas de líquido que son lo suficientemente pequeñas como para ser inhaladas y causar graves problemas de salud. Algunas partículas más pequeñas de 10 micrómetros de diámetro pueden penetrar profundamente en los pulmones e incluso entrar en el torrente sanguíneo. Las partículas con un diámetro de menos de 2.5 micrómetros, a menudo conocidas como partículas finas, representan el mayor peligro para la salud. 

Las exposiciones a PM2.5 a corto plazo (hasta 24 horas) se han vinculado a muertes prematuras, mayores ingresos hospitalarios por enfermedades cardíacas o pulmonares, bronquitis aguda y crónica, ataques de asma, visitas a salas de emergencia, síntomas respiratorios y días de actividad restringida. Estos efectos negativos en la salud se han observado principalmente en recién nacidos, niños y adultos mayores que tienen trastornos cardíacos o pulmonares subyacentes. 

La exposición a la contaminación por PM2.5 durante un periodo prolongado (es decir, meses o años) puede causar problemas respiratorios permanentes como asma, bronquitis crónica y enfermedades cardíacas, y provocar una disminución del crecimiento de la función pulmonar en los niños. También puede llevar a muertes prematuras, particularmente para las personas que sufren de enfermedades pulmonares o cardíacas crónicas. 

Impacto ambiental:

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

En cuanto al cambio climático, ciertos componentes de la mezcla de PM ambiental promueven el calentamiento global (por ejemplo, carbono negro). En contraste, otros tienen un efecto de enfriamiento (por ejemplo, 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, suelo y ecosistemas acuáticos tiene efectos perjudiciales sobre ellos. Los compuestos metálicos y orgánicos reducen el crecimiento y rendimiento de las plantas, mientras que la deposición de PM en los cuerpos de agua afecta su calidad y claridad. 

El paso principal es la monitorización de PM2.5 para identificar las áreas con altos niveles de particulado. Puedes utilizar alertas de calidad del aire para protegerte a ti mismo y a los demás cuando los PM alcancen niveles peligrosos. Además de esto, se pueden tomar las siguientes medidas correctivas: 

• Mira tus lecturas locales del AQI.
• Limita las actividades al aire libre y cierra ventanas y respiraderos durante los períodos 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, estufa de leña, cortadora de césped o equipo de jardinería a gas.  
• Invierte en un sistema de monitoreo de calidad del aire.
• Come nutritivo: Comer una manzana no combatirá la contaminación, pero los alimentos ricos en antioxidantes como bayas, nueces, verduras y aceites de pescado pueden ayudar a combatir el estrés oxidativo de la inhalación de PM2.5, reduciendo su impacto en nuestros cuerpos.
• Evita áreas con congestión de tráfico, actividades de construcción o caminos sin pavimentar. Respirar aire contaminado diariamente también lleva a efectos en la salud a largo plazo. 

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

Método Gravimétrico de Alto Volumen - Los monitores de PM2.5 basados en el principio gravimétrico toman el aire ambiente durante 24 horas a un flujo constante a través de una entrada selectiva de tamaño que solo permite el paso de partículas con un diámetro aerodinámico de 2.5µm o menos. Las partículas se recogen en un filtro pre-pesado 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 pesa de nuevo. La diferencia en el peso corresponde a la masa recogida en el filtro, que, junto con el flujo conocido, el período de muestreo y el volumen total del aire muestreado, se utiliza para calcular la concentración de PM2.5. 

Microbalanza de Elemento Conicidad Oscilante (TEOM) - Es un sistema propietario para el monitoreo de partículas. El monitor de PM2.5 basado en TEOM determina la concentración de PM2.5 pesando continuamente las partículas depositadas en el filtro conectado 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 térmico controlan y miden constantemente la tasa de flujo del monitor de PM2.5, la cual, junto con la concentración de masa, temperatura y otros factores, se utiliza para calcular continuamente las concentraciones de PM2.5.

Monitor de Atenuación Beta (BAM) - El monitoreo de PM2.5 basado en el principio de BAM mide la densidad de masa de partículas utilizando la atenuación de radiación beta. Las partículas en el aire ambiente que se extraen al monitor de PM2.5 se depositan en un filtro 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 atenúan en función de la masa de las partículas. El conteo beta se reduce con un aumento en la masa de PM2.5, que es registrado por el detector y convertido a concentración.

Dispersión Láser - El monitor de PM2.5, 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 a aproximadamente 90° por un espejo y es detectada por un fotodiodo. Esta señal se alimenta entonces a un clasificador de tamaño de múltiples canales, donde se utiliza un analizador de altura de pulso para clasificar cada pulso en proporción al tamaño de la partícula. Los conteos en el canal correspondiente a PM2.5 se convierten a una concentración de PM2.5.

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

En Oizom, ofrecemos varios sensores de Material Particulado (MP), incluyendo MP1, MP2.5, MP10 y MP100, diseñados para un monitoreo preciso de la calidad del aire en diferentes tamaños de partículas.

Nuestro módulo de sensor de Material Particulado está diseñado para medir con precisión las concentraciones de MP1, MP2.5, MP10 y MP100 en el aire ambiente, proporcionando datos en tiempo real sobre los niveles de material particulado atmosférico. La electrónica de soporte avanzada 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 calefaccionada para eliminar la humedad y garantizar datos precisos de calidad del aire. La integración de un ventilador robusto 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, Pollusense y AQBot. Además, estos módulos son un componente clave en nuestro monitor de polvo ambiental especializado, Dustroid. Estos versátiles sensores se utilizan en una variedad de aplicaciones, incluyendo el monitoreo nacional de 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 de concentración de partículas en tiempo real, los módulos de sensor de MP de Oizom apoyan una amplia gama de necesidades de monitoreo ambiental, asegurando datos precisos y confiables sobre la calidad del aire para diversas aplicaciones.

Nuestros sensores de monitoreo de partículas están calibrados con estaciones de referencia, que albergan el Monitor de Atenuación Beta, BAM-1020, lo que mejora significativamente la precisión y confiabilidad de los datos de nuestros sensores, asegurando resultados de monitoreo de calidad del aire de alta calidad.

1. Compacto: Nuestros sensores son pequeños y fáciles de instalar, perfectos para su uso en cualquier espacio, lo que los hace ideales para el monitoreo portátil de la calidad del aire. Los sensores PM2.5 vienen pre-calibrados y se pueden reemplazar rápidamente en solo unos minutos al quitar y reemplazar el sensor viejo por uno nuevo.
2. Duradero: El sensor PM tiene una vida útil esperada de 18 meses.
3. La medición de polvo mediante el principio de dispersión láser sobreestima los niveles de concentración de PM en condiciones de alta humedad que se condensa. La precisión de los datos en tales condiciones se mantiene mediante la deshumidificación de la muestra de aire utilizando una entrada calefaccionada. 
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 PM funcionan con principios de dispersión basados en láser y algoritmos avanzados. 

• PM2.5 es una mezcla compleja de sólidos microscópicos y aerosoles que pueden pasar fácilmente a través de la nariz y la garganta, penetrar profundamente en los pulmones y entrar en el torrente sanguíneo, llegando a otros órganos del cuerpo. 
• Las partículas en suspensión se emiten a la atmósfera desde el escape de vehículos, plantas de energía y procesos de combustión como la quema de combustibles fósiles, residuos, etc. También se forman en la atmósfera por diversas reacciones químicas de otros contaminantes del aire como NOx y SOx. 
• Cuando se inhalan, irritan los ojos, la nariz, la garganta y las vías respiratorias y pueden penetrar en los tejidos, causando enfermedades graves como ataques al corazón, cáncer de pulmón, edema, etc., lo que lleva a la muerte prematura. 
• El monitoreo de PM2.5 es una manera eficiente de detectar altas concentraciones de partículas en suspensión y prevenir exposiciones a niveles altos.
• El monitoreo de partículas en el aire en tiempo real ayuda a determinar la calidad del aire y a formular un plan de acción para controlar los altos niveles de contaminación por PM.