Partículas ultrafinas: qué son, riesgos para la salud y cómo medirlas con precisión

A simple vista, el aire que nos rodea puede parecer limpio, pero cuidado, en él se esconde un peligro casi imperceptible: las partículas ultrafinas (PUF) o (UFP) por sus siglas en inglés: Ultrafine particles. Con un tamaño tan pequeño que las hace difíciles de detectar, son una de las mayores amenazas para la salud pública derivada de la contaminación atmosférica.

Su origen son los motores de combustión de los vehículos y los procesos industriales. Sin embargo, medir su presencia no es sencillo. Las partículas ultrafinas flotan en el aire de manera irregular, con concentraciones que varían a lo largo del día, escapando muchas veces de la detección de los sistemas de vigilancia tradicionales.

Pero su tamaño microscópico no las hace inofensivas, todo lo contrario, son muy agresivas. Al ser tan pequeñas, penetran profundamente en nuestros pulmones, alcanzando los alvéolos, y desde allí pueden pasar al torrente sanguíneo. La exposición continua a estas partículas minúsculas se ha relacionado con un aumento de problemas respiratorios, enfermedades cardiovasculares e incluso una mayor mortalidad.

En la batalla contra la contaminación del aire el tamaño sí importa, y las partículas ultrafinas son la prueba. Combatirlas requiere que se incluyan en las regulaciones ambientales. Para lo que supone una ayuda esencial las tecnologías avanzadas como las de Kunak, capaces de detectarlas y medir su concentración en tiempo real. Porque solo monitorizándolas constantemente podremos reducir el riesgo que suponen para nuestra salud.

¿Qué son las partículas ultrafinas?

Las partículas ultrafinas son un tipo de material particulado con un diámetro aerodinámico de proporciones nanométricas: menores de 0,1 micrómetros (µm) o 100 nanómetros (nm). Debido a su tamaño extremadamente reducido, presentan propiedades físicas y químicas distintas a las de partículas en suspensión de mayores dimensiones (PM₁₀ y PM_2,5) como una mayor relación superficie-volumen, mayor capacidad de penetración en el organismo y una mayor tendencia a aglomerarse o reaccionar con otros contaminantes atmosféricos.

Además de la diferencia de tamaño PM₁₀ (≤10 µm), PM₂.₅ (≤2.5 µm) y UFP (≤0.1 µm), las partículas en suspensión en el aire se diferencian por:

Penetración

• PUF: suponen un riesgo mayor para la salud por alcanzar los alvéolos pulmonares y de ahí penetrar en el torrente sanguíneo.
• PM_2,5:  se quedan en bronquios y alvéolos.
• PM₁₀: son retenidas en vías respiratorias altas como garganta y nariz.

Tiempo de suspensión

• PUF:  pueden permanecer desde minutos hasta horas suspendidas en el aire además de sumar su gran capacidad de aglomerarse con otros contaminantes atmosféricosLa contaminación del aire causada por los contaminantes atmosféricos constituye uno de los problemas ambientales más críticos y complejos a los que nos...
  Leer más o depositarse rápidamente.
• PM_2,5:  se mantienen días y hasta semanas.
• PM₁₀: desde horas a días.

Origen

• PUF: procesos que requieren combustión a altas temperaturas y emisiones de gases de escape.
• PM_2,5: origen industrial y combustión.
• PM₁₀: Actividades productivas de la construcción, agricultura y fenómenos naturales como la erosión en zonas áridas.

Principales fuentes de partículas ultrafinas

Aunque las partículas ultrafinas pueden generarse a partir de fuentes naturales como las emisiones volcánicas (cenizas y gases que se condensan al enfriarse), los aerosoles marinos formados por la ruptura de olas con fuerte oleaje o los incendios forestales, su principal fuente de emisión deriva de actividades antropogénicas. Entre estas destacan el tráfico de los vehículos (especialmente los motores diésel) y los procesos industriales, que constituyen los focos de generación más significativos en términos de volumen y exposición humana.

Estas fuentes de origen humano presentan dos características críticas:

• Emisión continua y concentrada: a diferencia de las fuentes naturales (esporádicas o estacionales), las actividades antropogénicas liberan PUF de forma constante, alcanzando concentraciones elevadas en entornos urbanos, zonas portuarias y áreas próximas a aeropuertos.
• Potencial de reactividad atmosférica: las PUF interactúan con otros contaminantes primarios como los óxidos de nitrógeno (NOx) y el dióxido de azufre (SO₂), dando lugar a contaminantes secundarios (por ejemplo nitratos y sulfatos particulados). Esta capacidad de transformación química incrementa su impacto, tanto en la calidad del aireLa calidad del aire se refiere al estado del aire que respiramos y su composición en términos de contaminantes presentes en la atmósfera. Se considera b...
  Leer más (contribuyendo a la formación de esmogEsmog, qué hay detrás de esa densa niebla El esmog es una mezcla de contaminantes atmosféricos que se acumulan en la atmósfera, especialmente en área...
  Leer más y PM₂,₅) como en la salud pública, al facilitar su penetración en los sistemas respiratorio y circulatorio.

En consecuencia, las PUF de origen antropogénico representan un desafío prioritario para las políticas de control de la contaminación atmosférica, dada su persistencia, su potencial sinérgico con otros contaminantes y sus efectos adversos demostrados en los ecosistemas y la salud humana.

¿Cómo afectan las partículas ultrafinas a la salud humana?

Las partículas ultrafinas representan un importante riesgo para la salud humana debido a su capacidad de atravesar las barreras biológicas primarias (alvéolos pulmonares, epitelio nasal), su alta reactividad química y su potencial para inducir estrés oxidativo e inflamación.

A diferencia de las partículas en suspensión de mayor tamaño (PM₁₀ o PM₂.₅), las partículas ultrafinas atraviesan esas barreras biológicas críticas, desencadenando efectos adversos a nivel:

Inhalación y efectos respiratorios

Las partículas ultrafinas, al ser inhaladas, presentan una eficiencia de retención alveolar del 90%. Su elevada relación superficie-volumen favorece la absorción de compuestos tóxicos previamente adsorbidos (metales pesados, hidrocarburos aromáticos). Tras depositarse en los alvéolos, atraviesan la barrera alveolo-capilar por translocación, accediendo al torrente sanguíneo y distribuyéndose sistémicamente hacia órganos diana y tejidos distantes.

Impacto cardiovascular y neurológico

En el sistema cardiovascular, las partículas ultrafinas reducen la biodisponibilidad de óxido nítrico (NO), promoviendo la vasoconstricción y la formación de placas ateroscleróticas. De este modo aumentan el riesgo de sufrir trombosis arterial  al activar la agregación plaquetaria y elevar los niveles de la proteína (fibrinógeno) que participa en la formación de coágulos de sangre.

A nivel genético las partículas ultrafinas inciden en la fragmentación del ADN y en provocar mutaciones en células epiteliales pulmonares expuestas a ellas.  De igual forma causan modificaciones epigenéticas (cambios en los genes por exposición a factores ambientales) asociadas a enfermedades crónicas y a alteraciones en el desarrollo fetal.

Las PUF, al penetrar fácilmente en el cuerpo humano y por sus efectos acumulativos, no solo dañan pulmones y corazón sino que también atacan directamente al cerebro, aumentando el riesgo de desarrollar enfermedades neurodegenerativas como Alzheimer y Parkinson y alteraciones cognitivas en niños expuestos a las partículas ultrafinas.

Riesgos especiales para poblaciones vulnerables

Los niños, ancianos y personas con patologías respiratorias y cardiovasculares previas son los más susceptibles a la presencia de partículas ultrafinas. La infancia resulta más vulnerable por su desarrollo pulmonar incompleto y una mayor tasa respiratoria. En las personas ancianas su menor capacidad antioxidante y comorbilidades preexistentes contribuyen a hacerles más vulnerables a las partículas ultrafinas. Para las mujeres embarazadas, respirar partículas ultrafinas en el ambiente les expone a un mayor riesgo de experimentar una inflamación placentaria que fuerce un parto prematuro y un bajo peso del recién nacido.

En resumen, las evidencias de riesgos que las partículas ultrafinas representan para la salud pública no dejan lugar a duda: es necesario y urgente su monitorización (ausente en la mayoría de normativas y políticas ambientales) que mida y controle su presencia y cantidad en el aire en todo momento. Además, pueden emplearse técnicas de mitigación como la instalación de filtros en espacios interiores, regulación más estricta en las emisiones de los vehículos y fomento de una transición hacia fuentes de energía limpias.

Impacto ambiental de las partículas ultrafinas

Las partículas ultrafinas suponen un desafío ambiental con dos aspectos críticos: por un lado, deterioran la calidad del aire y, por otro, interactúan con el sistema climático global. Su pequeño tamaño y alta reactividad las convierten en agentes con efectos desproporcionados respecto a su masa que actúan directamente sobre:

Contaminación atmosférica y cambio climático

Las partículas ultrafinas son un componente muy problemático de la contaminación del aire debido a su elevada movilidad atmosférica. Su tamaño nanométrico permite su dispersión a largas distancias y su persistencia en suspensión durante períodos de tiempo prolongados. Además, juegan un importante papel en reacciones atmosféricas al actuar como superficies activas para la formación de contaminantes secundarios: partículas en suspensión PM_2,5, precursores gaseosos (NO_x, SO₂) y ozono troposférico.

Las partículas ultrafinas interactúan con los procesos climáticos mediante efectos de radiación (dispersión del radiación solar, absorción de radiación cuando generan partículas de carbono negro); modifican las propiedades de las nubes al actuar como núcleos de condensación; y alterar la reflectividad y persistencias de las nubes existentes; por último, generan un notable daño global a las masas de hielo y nieve ya que alteran su albero, acelerando los procesos de fusión sobre todo en regiones polares y glaciares.

Por todo ello, resulta esencial el control de las PUF mediante el fortalecimiento en la aplicación de sistemas de monitorización que permitan su detección, medición y modelización atmosféricas, así como de captura y filtración. Medidas que deben ser indisociables de políticas coordinadas en la calidad del aire y el clima.

Acumulación en entornos urbanos y rurales

Las partículas ultrafinas se acumulan diferencialmente en entornos urbanos y rurales:

Entornos urbanos

• Mayor acumulación por emisiones locales como el tráfico de vehículos, aviones e industria.
• Deposición más rápida por la alta presencia de superficies impermeables como el asfalto o las superficies de los edificios.
• Distribución en patrones espaciales heterogéneos que muestran más incidencia en puntos calientes como vías principales o entornos portuarios y aeropuertos.

Entornos rurales

• Desarrollo de un transporte atmosférico que recorre largas distancias.
• Deposición muy diferente según superficie y con preferencia en la cubierta vegetal.
• Persistencia en el suelo por existir una menor perturbación.

Alteración de los ecosistemas

La presencia de partículas ultrafinas en el ambiente ocasiona impactos ecológicos con efectos diferenciados en:

Flora

• Al obstruir los estomas de las plantas se reduce el intercambio gaseoso.
• Alteran la función fotosintética, llegando a descender hasta 20% en áreas contaminadas.
• Favorecen la bioacumulación de metales pesados adsorbidos (plomo y cadmio) en los tejidos vegetales.

Fauna

• Su toxicidad es directa en insectos polinizadores provocando estrés oxidativo como en las abejas y disminución de la biodiversidad.
• En las poblaciones de aves muy afectadas, como las urbanas, ocasionan daños respiratorios similares al EPOC humano.
• Los anfibios se ven afectados por disrupciones endocrinas.

Suelos

• Alteración de la microbiota edáfica al reducir las bacterias fijadoras del nitrógeno.
• Provocan cambios en las propiedades físico-químicas como el pH y la conductividad.
• Se acumulan en superficie (0-5 cm) limitando la función de lixiviación.

Agua

• Se incorporan a los acuíferos por la escorrentía urbana.
• Dañan el fitoplancton al inhibir el crecimiento.
• Sus daños se propagan en las cadenas tróficas acuáticas.

Tecnologías actuales para la medición de partículas ultrafinas

La medición precisa de las partículas ultrafinas es un reto debido a sus diminutas dimensiones, su dinámica compleja y las limitaciones de las tecnologías disponibles.

Limitaciones de los sistemas convencionales

Las principales técnicas actuales para la detección y caracterización de partículas ultrafinas se basan en contadores por condensación (CPC), contadores ópticos de nanopartículas (OPC-Nano), sensores de ionización por difusión (DISC), microscopía electrónica (SEM/TEM) y espectrómetros de movilidad eléctrica (SMPS).

Son sistemas convencionales que se enfrentan a limitaciones como su alto coste operativo, sensibilidad reducida inferiores a 10 nm, no disposición de una adecuada representatividad espacial y su medición que se ve alterada por interferencias ambientales.

Soluciones basadas en sensores de nueva generación

Sin embargo, innovaciones emergentes como las estaciones compactas de Kunak están superando esas barreras gracias al uso de tecnología avanzada que permite el monitoreo continuo y en tiempo real. Además, su facilidad de instalación y mantenimiento ofrece una alta resolución espacial, lo que facilita una regulación más eficaz de estas partículas invisibles pero omnipresentes.

¿Por qué es clave medir las partículas ultrafinas?

Mientras que las PM₁₀ y PM_2,5 son monitoreadas y controladas por las normativas internacionales y nacionales vigentes, las partículas ultrafinas representan un desafío mayor debido a su impacto polifacético, por su difícil detección, su mayor toxicidad y su influencia adversa en los procesos atmosféricos. Con sus características y dinámica atmosférica suponen un riesgo invisible que exige soluciones tecnológicas y políticas más avanzadas que superen las limitaciones de los equipos convencionales.

Normativas emergentes y exigencias regulatorias

A diferencia de las partículas PM₁₀ y PM_2,5, reguladas desde hace décadas, las partículas ultrafinas carecían hasta hace poco de estándares específicos para su control, pese a su demostrada toxicidad. Esto se debe a las limitaciones técnicas existentes para su detección y correcta medición in situ. Además, al ser ligeras pero numerosas, escapan a los métodos de control basados en la masa de las partículas.

Sin embargo, en el año 2021, la Organización Mundial de la Salud (OMS) incluyó por primera vez recomendaciones explícitas para vigilar las partículas ultrafinas, basadas en su nociva capacidad para penetrar barreras biológicas primarias (alveolos, placenta) y generar estrés oxidativo.

De esta manera, establece unos valores orientativos para monitorizar el número de partículas en entornos susceptibles como los urbanos. Lo hace basándose en el tamaño, picos de exposición en localizaciones próximas a aeropuertos, autopistas e industrias y con un enfoque preventivo sin establecer un rango numérico por no disponer de datos concluyentes.

Europa lidera la estandarización técnica y legal de las partículas ultrafinas, pero aún tiene desafíos pendientes que resolver en la Directiva 2008/50/CE. Esta, aunque centrada en las PM_2,5 y PM₁₀, cuenta con enmiendas en discusión para que las partículas ultrafinas sean incluidas en sus procedimientos.

Relevancia para ciudades, puertos e industrias

Las partículas ultrafinas son un indicador crítico de la contaminación atmosférica por causas antropogénicas. Sobre todo en entornos donde se produce una alta densidad de emisiones como las ciudades con su tráfico de vehículos (capaz de generar hasta el 80% de las partículas ultrafinas presentes), actividades productivas vinculadas a la construcción y a los sistemas de calefacción basados en combustibles fósiles y biomasa.

A estas emisiones se suman las procedentes de las instalaciones portuarias. Con su maquinaria y tráfico de barcos, liberan partículas ultrafinas, metales pesados (vanadio, niquel) y carbono negro. También aportan partículas ultrafinas a la atmósfera los procesos de combustión de las industrias, así como los nanomateriales manufacturados en ellas.

Las estrategias de sostenibilidad para reducir y controlar las emisiones de partículas ultrafinas a la atmósfera se basan en:

• Transporte y movilidad urbana: restringir los vehículos impulsados por combustibles diésel sobre todo en zonas de bajas emisiones reducen hasta un 30% la presencia de partículas ultrafinas. También contribuyen a su disminución la electrificación de vehículos y maquinaria portuaria y los filtros avanzados (GPF/DPF) para captura de partículas ultrafinas.
• Tecnologías de captura: los electrofiltros híbridos industriales en las instalaciones cementeras tienen una eficiencia de reducción en las partículas ultrafinas superior al 90%. En los puertos se emplea un sistema de supresión de polvo.
• Planificación urbana: la creación de corredores verdes y monitorización del aire en tiempo real han demostrado ser grandes aliados para reducir las partículas ultrafinas.

Cómo puede ayudar Kunak a medir partículas ultrafinas con precisión

El reto ambiental que suponen las partículas ultrafinas cuenta con la tecnología de Kunak para enfrentar los principales obstáculos (escasa escalabilidad e incompatibilidad con redes extensas) hasta ahora existentes para enfrentar la dinámica física compleja de las partículas ultrafinas.

Características clave de nuestras estaciones

La tecnología de Kunak permite medir con precisión las partículas ultrafinas gracias a sus sensores avanzados, integrados en cartuchos inteligentes (tecnología patentada), de bajo mantenimiento y alta fiabilidad. Estos cartuchos pueden instalarse fácilmente en redes de monitorización adaptables a entornos complejos y saturados, como instalaciones portuarias, zonas urbanas o la industria química.

Los sensores de partículas ultrafinas que integran las estaciones Kunak AIR son capaces de detectar partículas de 7 nm a 2.5 µm, lo que hace posible controlar partículas ultrafinas, PM₁₀ y PM_2,5 con un único dispositivo y en tiempo real sin alterar su precisión por la influencia de factores ambientales como la humedad y la temperatura (los cuales son corregidos mediante algoritmos avanzados).

Casos de uso y beneficios para tus proyectos

Kunak ha logrado que la precisión conseguida en laboratorio se adapte a cualquier entorno. La robustez, escalabilidad y cumplimiento con la normativa vigente hace que sus redes de monitorización se conviertan en aliado estratégico de industria y entornos urbanos. Posibilitan la toma de decisiones informadas, basadas en el análisis de los datos aportados por los sensores, que reducen el impacto ambiental y los daños en la salud mientras promueven una transición hacia un aire limpio.

Cemex

La medición de partículas ultrafinas mediante la tecnología Kunak ha resultado esencial para la fábrica de cemento que la empresa Cemex posee en Monterrey (México). La precisión técnica desarrollada, mediante sensores avanzados equipados con láser de alta precisión para medir concentraciones de UPF, PM2,5 y PM10, identifica las fuentes de emisión y  sus patrones de propagación en tiempo real. Determinar y medir adecuadamente estas emisiones directas contribuye a mejorar la ESG o gobernanza ambiental, social y corporativa de la empresa, así como a mejorar su eficiencia operativa, optimizando sistemas de filtrado y horarios de producción entre otros factores; también con la reducción de emisiones prepara a la empresa para cumplir con la normativa cuando sea finalmente implementada.

Autoridad portuaria de Baleares

Los sensores Kunak instalados en los puertos gestionados por la Autoridad Portuaria de Baleares (APB) permiten controlar la contaminación atmosférica poniendo especial foco en las partículas en suspensión (incluyendo UPF junto a PM2,5 y PM10) además de óxidos de nitrógeno, dióxido de azufre y COVs. Son las emisiones principales procedentes de barcos y su combustible pesado y derivadas de las operaciones logísticas. Dicha monitorización refuerza el cumplimiento de las regulaciones, minimiza el impacto de las actividades portuarias así como del atraque de grandes embarcaciones. Con los datos aportados, favorece una mejor gestión del puerto.

Bilbao

El control de la contaminación atmosférica generada por el tráfico urbano e industrial en una ciudad de geografía compleja como Bilbao ha impulsado el despliegue de una densa red de monitorización de calidad del aire por toda la ciudad que mide partículas en suspensión (incluidas las PUF), CO, NO, NO2, O3, H2S y COVs y ruidoImagina despertar cada mañana a las 5:00 a.m. con el estruendo incesante de una autopista a escasos metros de tu ventana. Sufrir este ruido de alta intens...
Leer más ambiental. Esto permite una alta resolución espacial para realizar un mapeo detallado de puntos críticos de contaminación. Una monitorización de entorno urbano que facilita el cumplimiento normativo, la gestión del tráfico y planificación urbana, así como la alerta temprana ante posibles riesgos para la salud pública.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre las partículas ultrafinas

¿Qué son las partículas ultrafinas (UFPs)?

Las partículas ultrafinas (PUF o UFP por sus siglas en inglés) son contaminantes atmosféricos  microscópicos que cuentan con un diámetro inferior a 0,1 micras (100 nanómetros) equivalente a una milésima parte del grosor de un cabello humano. Son invisibles al ojo humano y pueden penetrar profundamente en los pulmones e incluso llegar al torrente sanguíneo.

¿De dónde provienen las partículas ultrafinas?

Las partículas ultrafinas se generan por procesos físicos y químicos que proceden principalmente de emisiones directas como la combustión de motores diésel, procesos industriales, calefacciones, aviones y quema de biomasa. También pueden ocasionar reacciones químicas en la atmósfera al combinarse con otros contaminantes presentes en el aire.

¿Cómo afectan las partículas ultrafinas a la salud?

Debido a su tamaño diminuto, las partículas ultrafinas pueden recorrer grandes distancias en el interior del cuerpo humano y alcanzar órganos alejados de los pulmones y vitales como el cerebro, corazón o hígado. Al hacerlo causan inflamación, estrés oxidativo, enfermedades respiratorias, cardiovasculares y daños neurológicos.

¿Cómo se pueden medir las partículas ultrafinas en el aire?

La medición de partículas ultrafinas requiere equipos especializados que miden la concentración en tiempo real. Algunos se basan en la movilidad eléctrica como el espectrómetro (SMPS) y en analizador de movilidad (DMAS). Otro rango técnico utiliza la condensación para efectuar la medición como el contador de partículas por condensación (CPC) o el contador de nanopartículas (NPC). Los sistemas basados en técnicas ópticas disponen de contadores ópticos de partícula (OPC) que se valen de dispersión de luz láser, y los espectrómetros de tamaño por tiempo de vuelo para su detección.

¿Están reguladas las partículas ultrafinas por la normativa actual?

Actualmente, las partículas ultrafinas no están reguladas de forma específica por ninguna normativa internacional ni de ámbito europeo. No obstante la OMS, en sus nuevas guías de calidad del aire, reconoce que las partículas ultrafinas son más dañinas que las PM_2,5 por su gran capacidad de penetración pulmonar, pero no fija límites por falta de datos concluyentes.

Conclusión

Las partículas ultrafinas pasan desapercibidas  a simple vista, pero, por sus efectos sobre nuestra salud, son imposibles de ignorar. Aumento de enfermedades respiratorias, cardiovasculares y daños neurológicos nos esperan si no se optimiza la eficiencia industrial y se actualizan las normativas vigentes que incluyan estas peligrosas partículas para la salud y el medioambiente. Las soluciones sobre el terreno existen, requieren de tecnología avanzada como la de Kunak para anticipar el riesgo de estar expuestos a ellas. El coste asequible y su precisión hace que respirar partículas ultrafinas ya no sea un problema ambiental inabordable.