Cómo elegir un sensor de calidad del aire: precisión, calibración y fiabilidad de los datos

La elección de un sensor de calidad del aire requiere evaluar mucho más que su precio, autonomía o capacidad para medir diferentes contaminantes. La precisión de las mediciones, la trazabilidad de la calibración, la respuesta ante condiciones ambientales variables y la disponibilidad de evaluaciones independientes son aspectos fundamentales para garantizar la fiabilidad de los datos. En un mercado con una oferta tecnológica cada vez más amplia, seleccionar el sistema adecuado exige partir de las necesidades específicas de cada proyecto y del uso previsto para la información obtenida.

La creciente implantación de sensores en ciudades, instalaciones industriales, explotaciones mineras y otras actividades ha ampliado las posibilidades de monitorización ambiental. Sin embargo, equipos con características similares pueden ofrecer rendimientos muy diferentes en condiciones reales, especialmente cuando están expuestos a variaciones de temperatura, humedad o concentraciones elevadas de contaminantes.

En este contexto, los criterios técnicos recogidos por organismos como la Agencia de Protección Ambiental de Estados Unidos (EPA) y el programa de evaluación de sensores AQ-SPEC permiten establecer una metodología de selección basada en la calidad de las mediciones y su adecuación a cada aplicación.

El objetivo de la monitorización determina la tecnología necesaria

El primer paso consiste en definir qué se necesita medir, con qué finalidad y qué decisiones deberán respaldar los datos. Las exigencias de una red urbana de vigilancia ambiental son diferentes de las de una instalación industrial, una explotación minera o una estación depuradora de aguas residuales.

Entre los parámetros más habituales se encuentran las partículas en suspensión (PM1, PM2,5 y PM10) y contaminantes gaseosos como el dióxido de nitrógeno (NO₂), el ozono (O₃), el dióxido de azufre (SO₂), el monóxido de carbono (CO), el sulfuro de hidrógeno (H₂S), el amoniaco (NH₃) o los compuestos orgánicos volátiles (COV).

La selección debe responder a las fuentes emisoras y a los riesgos que se pretenden controlar. Incorporar parámetros adicionales que no resulten relevantes puede aumentar los costes y la complejidad operativa sin mejorar necesariamente la calidad de la monitorización.

También resulta imprescindible definir el rango de concentraciones esperado. Mientras que la vigilancia de la calidad del aire ambiente requiere detectar concentraciones reducidas, determinadas aplicaciones industriales necesitan equipos capaces de registrar episodios de concentración elevada sin saturarse.

Precisión, evaluaciones independientes y calibración

Uno de los aspectos más relevantes en la comparación de sensores es la diferencia entre las especificaciones declaradas por el fabricante y el rendimiento demostrado mediante ensayos.

El programa AQ-SPEC del South Coast Air Quality Management District, por ejemplo, evalúa tecnologías mediante su comparación con instrumentos de referencia y analiza parámetros como la exactitud, la precisión, la linealidad, la sensibilidad a las condiciones ambientales y la variabilidad entre unidades del mismo modelo.

Para interpretar correctamente estos resultados conviene considerar diferentes indicadores:

• Exactitud: proximidad de la medición al valor de referencia.
• Precisión: repetibilidad de los resultados en condiciones equivalentes.
• Coeficiente de determinación (R²): grado de ajuste de las mediciones respecto a los valores de referencia.
• Error absoluto medio (MAE): desviación media de las mediciones expresada en unidades físicas.
• Incertidumbre: estimación del intervalo de valores atribuibles a la magnitud medida.

Un coeficiente R² elevado no garantiza por sí solo mediciones exactas. Un sensor puede reproducir adecuadamente las variaciones de concentración y, al mismo tiempo, presentar desviaciones sistemáticas respecto a los valores reales.

La consistencia entre unidades también adquiere especial importancia en redes extensas, donde diferentes sensores deben ofrecer resultados comparables para evitar interpretaciones erróneas de la distribución espacial de la contaminación.

Un sensor puede presentar una elevada correlación con un instrumento de referencia y, aun así, sobreestimar sistemáticamente las concentraciones medidas.

En cuanto a los marcos de evaluación, destacan las especificaciones técnicas europeas CEN/TS 17660-1:2021, para contaminantes gaseosos, y CEN/TS 17660-2:2024, para material particulado, así como los protocolos de ensayo de la EPA y el esquema británico MCERTS.

Es importante diferenciar entre normativas, especificaciones técnicas y certificaciones de producto. La Directiva (UE) 2024/2881 establece requisitos para la calidad del aire ambiente, pero no constituye por sí misma una certificación de sensores.

Además, las evaluaciones deben examinarse atendiendo a las condiciones en las que se realizaron: contaminantes analizados, concentraciones, duración, número de equipos y limitaciones identificadas.

Comportamiento en campo y estabilidad de las mediciones

Las condiciones de operación pueden modificar considerablemente el rendimiento de los sensores. La temperatura, la humedad relativa y las interferencias entre contaminantes afectan especialmente a determinadas tecnologías electroquímicas y ópticas.

Los protocolos de la EPA para sensores de PM2,5 contemplan, por ejemplo, ensayos a diferentes temperaturas y niveles de humedad relativa para caracterizar estas variaciones.

Otro aspecto determinante es la deriva de los sensores, asociada al envejecimiento de sus componentes, los cambios de sensibilidad o la exposición prolongada a condiciones ambientales adversas.

Por ello, la evaluación debe incluir los procedimientos de calibración inicial y periódica, la posibilidad de utilizar gases patrón trazables, los mecanismos de corrección y la disponibilidad de registros históricos.

La co-localización con estaciones de referencia permite comprobar el comportamiento de un equipo en una ubicación determinada, mientras que la calibración con patrones trazables facilita la verificación metrológica de su respuesta. Ambos procedimientos pueden resultar complementarios.

En proyectos con numerosos puntos de medición también interesa comprobar hasta qué punto los sensores mantienen su rendimiento cuando se trasladan a emplazamientos distintos de aquellos en los que fueron inicialmente evaluados.

El sistema completo y el coste de operación

La fiabilidad de una solución de monitorización no depende exclusivamente del elemento sensor. También intervienen el acondicionamiento de la muestra, la electrónica, los algoritmos de compensación, las comunicaciones y los procedimientos de garantía y control de calidad.

En aplicaciones profesionales, las plataformas digitales deben permitir consultar mediciones en tiempo real, analizar series históricas, configurar alertas, detectar anomalías e integrar información mediante interfaces API.

La gestión remota de dispositivos y el diagnóstico de incidencias pueden reducir las intervenciones presenciales y facilitar el mantenimiento de redes distribuidas.

Por otra parte, el análisis económico debe considerar el coste total de propiedad (TCO), incluyendo la inversión inicial, instalación, comunicaciones, calibraciones, consumibles, sustitución de componentes, licencias de software y posibles periodos de inactividad.

La autonomía energética y la modularidad adquieren especial relevancia en ubicaciones remotas o instalaciones industriales donde el acceso a los equipos resulta complejo.

El coste total de un sistema de monitorización incluye no solo su adquisición, sino también las calibraciones, comunicaciones, mantenimiento, software y posibles pérdidas de datos durante su vida útil.

Aplicaciones urbanas, industriales y de gestión de residuos

Los criterios de selección varían en función del entorno y de los contaminantes que se pretenden controlar.

En la monitorización urbana, especialmente en zonas de bajas emisiones, entornos escolares o áreas de tráfico intenso, adquieren importancia la medición de NO₂, O₃ y partículas, la resolución espacial de las redes y su integración en plataformas municipales.

En instalaciones industriales, la vigilancia perimetral requiere identificar contaminantes específicos, disponer de rangos de medición adecuados e incorporar información meteorológica para interpretar los episodios de contaminación. Los sistemas de alerta permiten detectar concentraciones anómalas y activar medidas operativas.

En minería, obras y actividades de manipulación de materiales, la resistencia a condiciones ambientales adversas, la medición de partículas y la autonomía energética constituyen requisitos relevantes.

Kunak AIR Pro con sensores meteorológicos instalado en la cubierta de una instalación industrial.

Por su parte, en vertederos, plantas de compostaje y estaciones depuradoras, la monitorización de compuestos como H₂S, NH₃ y COV puede contribuir al seguimiento de emisiones asociadas a molestias por olores. La combinación de estas mediciones con datos meteorológicos facilita el análisis de la dispersión y la identificación de posibles fuentes emisoras, aunque la medición de compuestos individuales no sustituye por sí sola la evaluación olfatométrica.

Kunak incorpora calibración individual y evaluaciones externas en sus sistemas

Entre las soluciones disponibles en el mercado, Kunak desarrolla sistemas de monitorización ambiental basados en cartuchos sensores intercambiables y plataformas de gestión remota.

Según la información facilitada por la compañía, sus cartuchos se someten a procesos individuales de calibración y validación en laboratorio, con registro de los parámetros de calibración y trazabilidad de los componentes.

La empresa señala que sus estaciones Kunak AIR han participado en evaluaciones independientes realizadas por organismos y programas como AQ-SPEC, Airparif, Afri-SET, la Universidad de York y la EPA estadounidense.

Asimismo, indica que el sistema Kunak AIR Pro dispone de certificación MCERTS como monitor indicativo de PM2,5 y PM10 y de certificación coreana de Grado 1 para PM2,5.

La arquitectura modular Gas&Plug permite sustituir cartuchos sensores en campo, mientras que la plataforma Kunak AIR Cloud incorpora funciones de visualización, diagnóstico y gestión remota de los equipos.

La compañía también declara que sus sistemas incorporan algoritmos de compensación de temperatura, humedad e interferencias, así como mecanismos de ajuste remoto para gestionar la deriva.

En cualquier caso, la adecuación de estas prestaciones a una aplicación concreta debe comprobarse mediante los informes técnicos y las condiciones específicas de evaluación.

La selección de tecnologías de monitorización ambiental exige, por tanto, relacionar los objetivos de calidad de los datos con el rendimiento acreditado de los equipos, las condiciones reales de funcionamiento y los recursos necesarios para mantener las mediciones a lo largo del proyecto.