¿Los sensores de calidad del aire... se pueden simplemente enchufar y usar?

La capacidad de realizar mediciones de la contaminación del aire nunca ha sido tan fácil. Hay muchos fabricantes y revendedores de sistemas de sensores, desde dispositivos de medición personal de bajo coste como el Plume Labs Flow, hasta estaciones de monitoreo de varios contaminantes más grandes y costosas como la Bosch Immission Monitoring Box.

Quizás más importante que la capacidad de realizar mediciones es tener confianza en el valor de los datos resultantes. Si bien los sensores son fáciles de adquirir, obtener valor de los conjuntos de datos en relación con las condiciones ambientales del mundo real sigue siendo una tarea complicada.

Esto plantea varias preguntas:

• ¿Cómo puedo estar seguro de que mi sistema funciona?
• ¿Puedo instalarlo y dejarlo recopilar datos?
• ¿Puedo utilizar sensores en lugar de estaciones de monitoreo de referencia/tubos de difusión?
• ¿Puedo utilizarlos para estudios móviles/escuelas/identificación de puntos críticos?
• ¿Qué tan confiables pueden ser las mediciones realizadas por un sistema de sensores?

En este momento, no hay una solución milagrosa. Los consejos están surgiendo de grupos de expertos, como la USEPA, la WMO y el AQEG, pero la mayoría de los sistemas de sensores aún no tienen una certificación de rendimiento formal para mediciones de calidad del aire ambiente. Y cuando los proveedores cobran cientos o miles de libras por un sistema, quieres tener cierta confianza de que lo que estás a punto de comprar realmente funciona, ¿verdad?

¡No es una estación de monitoreo típica!

Durante varios años, en colaboración con una selección de fabricantes, empresas y autoridades locales, hemos instalado sistemas de sensores en estaciones de monitoreo "de referencia" (similares a la imagen de arriba) para su evaluación. Este enfoque nos permite ver cómo funciona el equipo en el mundo real y brindar a los fabricantes la oportunidad de refinar y mejorar el rendimiento de sus sistemas de sensores. En última instancia, los objetivos finales son la mejora continua para los fabricantes y, para nuestros clientes, el conocimiento de qué sistemas se pueden utilizar con confianza.

Hasta ahora, hemos investigado el rendimiento de sistemas de sensores de proveedores que incluyen:

• Aeroqual
• Airly
• Alphasense
• AQMesh
• Clarity
• EarthSense
• Kunak 
• PlumeLabs
• South Coast Science
• Vaisala
• Vortex

En esta y las siguientes publicaciones, intentaremos responder algunas de las preguntas relacionadas con el uso de sensores para brindarle una mejor idea de las posibles dificultades y las preguntas adecuadas para hacer a los proveedores.

1. ¿Realmente funcionan los sensores?
La mejor manera de responder a esta pregunta es ejecutar el sistema en una ubicación para la cual ya tenga algunos datos de medición de calidad del aire. Comparar visualmente una serie de tiempo de un sensor con un conjunto de datos de calidad es una buena manera de confirmar que está funcionando.

El gráfico anterior muestra cómo un sensor de NO₂ se comporta junto a un analizador de referencia. Se puede observar una fuerte correlación entre los dos conjuntos de datos, ya que siguen un patrón similar. Pero, ¿significa eso que se resuelven todas las necesidades de monitoreo?

Bueno, en cierta medida, pero no del todo... Esta es solo la primera parte de la historia.

El gráfico muestra claramente que hay un paso evidente (desplazamiento) entre los dos conjuntos de datos, lo que indica un margen de error asociado a la lectura del sensor. También puede haber necesidad de aplicar un factor de calibración, es decir, un valor con el que se debe multiplicar la lectura del sensor para obtener la referencia verdadera correspondiente o la lectura correcta.

Para encontrar esto, necesitamos representar los datos en un gráfico de dispersión, donde cada par de datos se representa como un punto único.

Este gráfico nos proporciona mucha información útil. En primer lugar, confirma y cuantifica el desplazamiento (+9.6), resolviendo la incertidumbre asociada a la lectura del sensor. Luego, nos indica que hay un factor de calibración que debe aplicarse (los datos del sensor deben dividirse por 0.809 después de restar el desplazamiento). Esto hace que los dos conjuntos de datos se ajusten estrechamente entre sí (el valor de r2 es alto, 0.87) y, lo que es más importante, las cifras corregidas proporcionan datos con errores más pequeños que los conjuntos de datos sin corregir.

Solo después de ajustar los datos sin procesar, podemos tener confianza en que este sistema de sensores en particular "funciona".

2. ¿Qué sucede si no tengo una estación de referencia junto a la cual colocar mi sistema de sensores?

Aquí las cosas se complican un poco. Aún puede comparar las mediciones del sensor con una estación de referencia cercana, pero no es lo ideal. La ubicación de referencia y la del sensor deben ser del mismo tipo, por ejemplo, ambas ubicaciones deben ser en una carretera o ambas en una zona residencial. Las tendencias deberían ser similares, pero se pueden esperar algunas diferencias en los datos de series temporales, y los gráficos de dispersión tendrán menos valor. Será difícil calcular un factor de calibración y un desplazamiento para su sistema de sensores que le proporcione una calidad de datos razonable, pero existen enfoques posibles que se pueden utilizar para abordar este problema.

3. ¿Puedo simplemente instalarlo y dejarlo recopilar datos?

La respuesta corta es no. La respuesta más larga es que depende del sistema que compre. Ricardo ha llevado a cabo estudios de evaluación sobre diferentes sistemas de sensores a lo largo de los años, y a menudo existe bastante variación en el rendimiento.

El gráfico anterior muestra cómo las mediciones de NO₂ de una serie de sistemas de sensores teóricamente idénticos pueden variar al sacarlos de la caja. En general, existe un acuerdo razonable entre la mayoría de los sensores, pero tres o cuatro de los sistemas representados aquí se comportan de manera periódica de manera diferente en comparación con los demás. Sería un riesgo significativo confiar en que el sistema de sensores funcionará sin problemas al sacarlo de la caja, y nunca deberías simplemente "instalarlo y olvidarte".

Por supuesto, puedes utilizar el conocimiento adquirido al hacer las preguntas 1 y 2 para examinar las relaciones entre los sistemas de sensores y los analizadores de referencia para mejorar la confianza en tus mediciones.

Este gráfico muestra los resultados de tres sensores escalados ubicados en diferentes lugares cerca de una escuela en Oxford. Se eligieron ubicaciones junto a la carretera, las puertas de la escuela y el patio de recreo para ver si se podían observar diferencias en las mediciones (rojo = junto a la carretera, naranja = puertas de la escuela, verde = patio de recreo) en comparación con una ubicación de referencia de fondo (en negro) en la ciudad.
Se puede observar que las tendencias entre los sensores y la estación de referencia coinciden bien, y la ubicación junto a la carretera tiene valores más altos que las otras dos ubicaciones de los sensores.

En el contexto adecuado, los tres sistemas han funcionado bien para este estudio.

4. ¿Puedo utilizar sensores para reemplazar estaciones de monitoreo de referencia y tubos de difusión?

Esto depende de varios factores: por qué estás realizando mediciones, si tus datos son fundamentales para una revisión y evaluación estatutaria de la calidad del aire, y/o si simplemente estás llevando a cabo investigaciones para comprender mejor la distribución espacial, entre otros.

Es poco probable que la calidad de los datos de un sistema de sensores sea lo suficientemente buena como para reemplazar las mediciones de referencia, al menos a corto y mediano plazo. Sin embargo, con un control de calidad adecuado, los sistemas de sensores podrían ser útiles junto con los tubos de difusión, proporcionando datos útiles sobre las variaciones a corto plazo en las concentraciones de contaminantes.

5. ¿Puedo utilizar sensores para estudios móviles/estudios en escuelas/identificación de puntos críticos?

Sí, siempre y cuando te asegures de que tu(s) sensor(es) proporcionen datos significativos como se describió anteriormente. Los sistemas más pequeños suelen funcionar con batería o USB, a menudo tienen GPS y conectividad de datos (o pueden conectarse a un teléfono móvil para obtener estos servicios), por lo que es posible desplazarse con ellos para evaluar la exposición personal o identificar los puntos críticos en un área. De manera similar, la facilidad de implementación y la disponibilidad inmediata de datos hacen que los sistemas de sensores sean ideales para incorporarlos en programas de enseñanza para los niveles de KS1/2/3 (Key Stage 1, 2 y 3, correspondientes a los niveles de educación primaria y secundaria en el Reino Unido). Hemos colaborado en este tipo de programas en varias escuelas en Escocia, por ejemplo.

Lo anterior te da una idea de los desafíos que puedes esperar cuando te decidas a comprar un sistema de sensores. Esperamos que quede claro que, al menos por ahora, se requiere mucho trabajo para convertir tus datos sin procesar en algo utilizable. En el próximo blog, exploraremos esto con un poco más de detalle, examinando algunos datos de comparación recientes y adelantando lo que podría estar en el horizonte para el control de calidad de los datos de los sensores.

¿Podría tu organización beneficiarse de la corrección de datos de sensores?

Ricardo ofrece rutinariamente a fabricantes y usuarios de sensores evaluaciones técnicas, orientación y apoyo en el desarrollo en cuanto a gestión de conjuntos de datos, aseguramiento de la calidad y control de calidad (QA/QC) y procesamiento. Para obtener más información, visita nuestra página de medición de calidad del aire.

Para consultas directas o para discutir cómo Ricardo podría ayudar a tu organización a mejorar la calidad de sus informes de datos de sensores, ponte en contacto con nosotros a continuación.