Los retos de la medición del CO2

Los beneficios para la salud del aire limpio son irrefutables, y su falta afecta a nuestra salud y nuestra capacidad de concentración. Desgraciadamente, en este mundo ajetreado, son pocas las personas que pueden pasar todo el tiempo que quieren en exteriores. De media, pasamos hasta el 90% de nuestra vida en interiores, y la mayor parte de ese tiempo nos encontramos en nuestros hogares. Aunque salimos de nuestras casas con regularidad, mucho del tiempo que pasamos fuera de casa es en otro lugar interior, como la oficina, un restaurante o una tienda. Esto muestra claramente la importancia de un aire en interiores de alta calidad y de la correcta monitorización de los niveles de CO₂, especialmente en lugares concurridos.

Si bien los altos niveles de CO₂ no son sinónimo de una calidad del aire deficiente, el aumento de las concentraciones de CO₂ puede ser un óptimo indicador de que el ambiente requiere ventilación adicional. Además, un aumento del CO₂ a menudo va de la mano con un aumento en las concentraciones de compuestos orgánicos volátiles (COV), dado que ambos son emitidos por los humanos. Es sabido que un aire deficiente, especialmente con COV elevados, puede ser perjudicial para la salud y aumentar el riesgo de transmisión de virus en el aire, como el SARS-CoV-2. Asimismo, la falta de aire limpio también repercute enormemente en la productividad y la capacidad de concentración; un argumento respaldado por numerosos estudios.

Los extremos nunca son buenos, y esto también se aplica a la ventilación. Los sistemas de CVAA que trabajan constantemente a máxima capacidad provocan un elevado consumo de energía y, en consecuencia, facturas de electricidad exorbitantes, especialmente durante temporadas muy frías o muy calientes. No sorprende, por tanto, que la ventilación controlada por demanda se considere actualmente el estándar de oro para los sistemas de CVAA, y que se utilice con frecuencia la concentración de CO₂ como parámetro de control, dado que está estrechamente relacionada con la calidad del aire. Esta aplicación se basa en sensores que ofrecen información precisa sobre los niveles de CO₂, y que activan el sistema cuando se alcanza un límite especificado. Aunque las normas en materia de confort son diferentes en todo el mundo, existe consenso en cuanto a que los niveles de CO₂ deben mantenerse siempre por debajo de 1000 ppm, y no superar 1500 ppm durante largos periodos. Un buen compromiso es la medición y el ajuste de los niveles de CO₂ cada 30 segundos, lo que mantiene el aire limpio y las facturas de electricidad reducidas.

El diseño de un sensor de CO₂ común consta de una fuente de luz y de dos detectores (figura 1). A medida que la luz atraviesa la cámara de medición, llena de aire interior ambiente, esta es absorbida por las moléculas presentes. Uno de los detectores tiene un filtro con una ventana de alrededor de 4,3 µm, lo que se corresponde con un pico en los espectros de absorción de CO₂, y que significa que solo se registra la extinción de la luz debida a la presencia de moléculas de CO₂. En contraposición, el detector de referencia mide la intensidad de luz no filtrada, lo que hace posible la determinación del nivel de CO₂ mediante la comparación de las dos mediciones. El diseño de sensor dual también ayuda a contrarrestar la caída de la intensidad de la luz originada por la degradación de la fuente de luz o por pequeñas partículas de polvo. A fin de incrementar aún más la robustez de los sensores, deben equiparse con una cubierta contra el polvo que impida que las partículas interfieran con los detectores.

Si bien el enfoque de canal dual se considera preciso, por sí solo no puede garantizar mediciones estables a largo plazo, dado que la base de referencia puede sufrir desviaciones con el tiempo debido al envejecimiento de los componentes del sensor. Esto puede solucionarse a través de la corrección automática de la base de referencia (ABC, por sus siglas en inglés), que realiza un seguimiento constante de la lectura más baja del sensor y realiza la corrección de cualquier desviación detectada. Este enfoque funciona de manera óptima para edificios que no están ocupados durante periodos de tiempo como oficinas que cierran el fin de semana. No obstante, identificar esta desviación y abordarla no resulta sencillo en lugares ocupados las 24 horas del día y los siete días de la semana, como por ejemplo, salas de emergencias de hospitales, centros de logística o fábricas. Por lo tanto, resulta crucial utilizar sensores robustos que ofrezcan mediciones precisas a largo plazo sin necesidad de calibración constante, lo que permite su uso en todas las aplicaciones, independientemente de los patrones de ocupación.

Un sensor de ambiente debe ser capaz de medir de manera precisa los niveles de CO₂ en cualquier condición, lo que significa que debe tener una resistencia óptima tanto a cambios graduales como agudos de la presión, la temperatura y la humedad. También deben tenerse en cuenta las diferencias de presión a diferentes altitudes, dado que incluso una elevación de 400 m por encima del nivel del mar tiene como resultado una compensación de 70 ppm en la concentración de CO₂ medida. Teniendo en cuenta que algunos organismos reguladores, por ejemplo diversos gobiernos estatales de EE. UU., solo permiten una tolerancia de ±75 ppm, apenas queda margen para el error. Por lo tanto, todos los sensores de CO₂ de alto rendimiento deben incluir compensación de la presión absoluta (figura 2)

Deben llevarse a cabo pruebas extensas para comprobar que el sensor puede funcionar en diversas condiciones a fin de garantizar la estabilidad y el funcionamiento a largo plazo. Por consiguiente, los sensores deben probarse durante un periodo prolongado, de diversas semanas, que abarque todas las condiciones atmosféricas posibles y centrándose en aquellas que se sabe que suponen un gran estrés para la unidad. Por ejemplo, puede probarse el rendimiento con calor húmedo sin condensación a una humedad relativa del 95% y una temperatura de 35°C, a fin de garantizar que el sensor presenta resistencia a la corrosión y mantiene su rendimiento. Por otro lado, las mediciones de calor seco deben realizarse a temperaturas superiores, de entre 60 y 70°C, para confirmar que no se produce ninguna desviación por la diferencia en los coeficientes de expansión de los materiales. Dado que los gradientes de temperatura interna también pueden afectar al rendimiento global de la unidad, los elementos del sensor deben diseñarse de modo que se minimice el autocalentamiento.