Desarrollo de un sistema emisor-receptor de bajo costo para monitoreo de la calidad del aire

Abstract

Este trabajo tuvo como objetivo principal desarrollar y calibrar un sistema electrónico emisor-receptor de bajo costo para el monitoreo de la calidad del aire, capaz de medir la concentración de material particulado PM10 y PM2.5, así como temperatura y humedad relativa, en tres sitios representativos dentro de la División Académica de Ciencias Biológicas (DACBiol): el Laboratorio de Calidad del Aire y Desarrollo Tecnológico (LCADT), la cafetería y el estacionamiento. Para ello se diseñó un sistema de monitoreo ambiental basado en sensores de bajo costo integrados a una tarjeta Arduino Mega, con comunicación inalámbrica vía Bluetooth. También se utilizó un equipo portátil Temtop como monitor de referencia para la calibración principalmente del sensor de partículas PMS5003. Durante el periodo de calibración se observó que el sistema emisor-receptor registró concentraciones mayores que el equipo de referencia en la mayoría de los sitios, especialmente en las mediciones de $PM_{2.5}$. En el LCADT, las concentraciones medianas de PM2.5 medidas por el sistema fueron de hasta $33~\mu g/m^{3}$, mientras que el Temtop registró $14.1~\mu g/m^{3}$. Para PM10, el sistema midió hasta $36~\mu~g/m^{3}$ frente a $21.8~\mu g/m^{3}$ del Temtop. En la cafetería, las $PM_{2.5}$ alcanzaron valores de $26~\mu g/m^{3}$ con el sistema y $13.5~\mu g/m^{3}$ con el Temtop, mientras que las $PM_{10}$ fueron de 25-26 $\mu~g/m^{3}$ con el sistema y $22.1~\mu g/m^{3}$ con el equipo de referencia. En el estacionamiento, las $PM_{2.5}$ alcanzaron hasta $71~\mu g/m^{3}$ con el sistema y $50.6~\mu g/m^{3}$ con el Temtop, mientras que las $PM_{10}$ registraron valores de $75-76~\mu g/m^{3}$ con el sistema y $77~\mu g/m^{3}$ con on el equipo de referencia. La temperatura y humedad relativa también presentaron variaciones según el sitio de monitoreo, mostrando tendencias horarias asociadas a la actividad humana y al flujo vehicular. A partir de estos datos, se aplicaron modelos de regresión lineal que permitieron corregir las desviaciones del sensor y mejorar significativamente la precisión de las mediciones. Con base en los criterios establecidos por la Norma Oficial Mexicana NOM-025-SSA1-2021, se identificó que los Límites Máximos Permisibles para PM10 (60 µg/m³ en promedio de 24 horas) se excedieron los días 8 de agosto, 3, 7 y 8 de noviembre, alcanzando concentraciones de hasta $70~\mu g/m^{3}$. Los valores mínimos de $PM_{10}$ se registraron el 1 de septiembre con $10~\mu g/m^{3}$ y el 6 de noviembre con $15~\mu g/m^{3}$. Para las $PM_{2.5,}$ cuyo límite máximo permisible es de 33 $\mu g/m^{3}$ los resultados en el exterior del LCADT mostraron 21 días en los que se superó este valor. En particular, el 22 de agosto se registró una concentración máxima de $72~\mu g/m^{3},$ mientras que el 1 de octubre presentó el valor mínimo de $10~\mu g/m^{3}$. La tendencia observada fue que las concentraciones de partículas fueron mayores en el estacionamiento y la cafetería en comparación con el LCADT, asociándose principalmente al flujo vehicular y a las actividades humanas en estos espacios. El monitoreo se realizó en periodos específicos del día, en horarios de mayor actividad dentro de la DACBiol.