Contexto
El material particulado (PM) no es un único contaminante, sino una mezcla de partículas de distintos tamaños, composiciones y orígenes. El tamaño de estas partículas determina cuánto tiempo permanecen suspendidas en el aire y hasta qué punto penetran en el sistema respiratorio humano.
Para fines regulatorios y de monitorización ambiental, dos fracciones son especialmente relevantes:
- PM2.5: partículas con un diámetro inferior a 2,5 µm, normalmente asociadas a procesos de combustión.
- PM10: partículas con un diámetro inferior a 10 µm, que incluyen tanto partículas finas (PM2.5) como partículas gruesas (PM2.5–10).
Distinguir correctamente entre partículas finas (PM2.5) y partículas gruesas (PM2.5-10) es esencial, ya que estas fracciones proceden de fuentes diferentes, tienen mecanismos de transporte distintos y presentan efectos claramente diferentes sobre la salud y el medio ambiente.
En particular, la presencia de partículas gruesas está fuertemente asociada a procesos mecánicos, como el movimiento de tierras, la manipulación de materiales, el tráfico sobre superficies no pavimentadas, la actividad minera, las operaciones portuarias, las actividades agrícolas o los trabajos de construcción y demolición. Estos entornos pueden generar altas concentraciones de partículas en el rango de 2,5 a 10 µm, lo que hace que la cuantificación precisa de PM10 sea especialmente exigente.
Tipos de sensores PM de bajo coste
En los últimos años, los sensores PM de bajo coste se han extendido ampliamente. Sin embargo, no todos los sensores miden PM10 de la misma manera.
De forma general, existen dos enfoques técnicos:
Sensores que estiman PM10 a partir de PM2.5
Algunos sensores ópticos están optimizados principalmente para la detección de partículas finas. Estos sensores aplican relaciones fijas entre tamaños de partícula para extrapolar PM10 a partir de los valores medidos de PM2.5. En estos casos, PM10 no se mide directamente, sino que se infiere a partir de distribuciones de partículas asumidas.
Este enfoque puede funcionar razonablemente bien en entornos urbanos dominados por partículas finas, pero puede introducir sesgos importantes en entornos donde predominan las partículas gruesas.
Sensores basados en tecnología OPC
La tecnología Optical Particle Counter (OPC), como el que incorpora el Kunak AIR Pro, utiliza la dispersión de luz láser para detectar y clasificar individualmente las partículas en múltiples rangos de diámetro.
Las principales características de un sensor OPC son:
- Mide en un rango de tamaños ampliado, por encima de 10 µm.
- Incluye suficientes canales de tamaño para resolver distribuciones de partículas.
Esto permite una discriminación real por tamaño de partícula, la detección de la fracción gruesa y el cálculo directo de PM10 sin depender de relaciones asumidas.
En entornos con alta presencia de partículas gruesas, esta diferencia es crítica.
Objetivo de este estudio
Este artículo presenta resultados de validación en campo del sensor PM de Kunak AIR Pro en condiciones con concentraciones elevadas de partículas gruesas.
Los resultados demuestran que el sensor mantiene una alta precisión y una buena concordancia con instrumentación equivalente en la medición de PM10, incluso en entornos donde predominan las partículas gruesas.
Estos hallazgos confirman la idoneidad del sensor PM de Kunak para aplicaciones regulatorias, industriales, urbanas y ocupacionales en las que disponer de datos fiables de PM10 es esencial para el cumplimiento ambiental, el control operativo y la protección de la salud pública.
Kunak AIR Pro, sensor PM
El sensor PM de Kunak está basado en tecnología de dispersión de luz láser y está certificado dentro de MCERTS Certified Products: Indicative Ambient Particulate Monitors para PM10 y PM2.5. También cuenta con la certificación KOTITI Grade 1 para PM2.5, lo que refuerza su rendimiento y fiabilidad de medición.
Las estaciones Kunak AIR Pro integran un OPC capaz de medir partículas desde 0,3 μm hasta 40 μm gracias a 24 canales bin.
PM1, PM2.5, PM4, PM10, partículas totales en suspensión (TSP) y contador total de partículas (TPC) se calculan asumiendo un perfil de densidad de partículas.
Los estudios de coubicación en campo han mostrado un rendimiento similar al de instrumentos equivalentes basados en la misma tecnología, incluso en la monitorización de partículas gruesas.
El efecto de la humedad se corrige mediante el algoritmo integrado, alcanzando una alta precisión en cualquier condición ambiental, salvo en días con niebla o condensación, en los que los datos se invalidan automáticamente desde Kunak AIR Cloud para evitar 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...
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Además, la herramienta de calibración remota de Kunak permite ajustar el factor de corrección a la ubicación específica donde se instala el dispositivo.
Kunak AIR Pro: sensor profesional de partículas para medir PM1, PM2,5, PM4, PM10, partículas suspendidas totales (TSP) y contador de partículas totales (TPC)
Imagen renderizada del OPC (contador óptico de partículas) del Kunak AIR Pro
Especificaciones del sensor de PM tipo A (solo para Kunak AIR Pro)
| Tipo | Contador óptico de partículas | Repetibilidad (9) | 2 µg/m3 (PM1) 3 µg/m3 (PM2.5) 3 µg/m3 (PM4) 5 µg/m3 (PM10) 6 µg/m3 (TSP) |
| Unidad de medida | µg/m3 | Límite de detección (LOD) (8) | 0.5 µg/m3 (PM1) 0.5 µg/m3 (PM2.5) 0.5 µg/m3 (PM4) 1 µg/m3 (PM10) 1 µg/m3 (TSP) |
| Rango de medida (1) | 0 – 1,000 µg/m3 (PM1) 0 – 2,000 µg/m3 (PM2.5) 0 – 2,000 µg/m3 (PM4) 0 – 10,000 µg/m3 (PM10) 0 – 15,000 µg/m3 (TSP) 0 – 8,000 counts/cm3 (TPC) | Precisión típica (12) | ± 2 µg/m3 (PM1) ± 3 µg/m3 (PM2.5) ± 3 µg/m3 (PM4) ± 4 µg/m3 (PM10) ± 6 µg/m3 (TSP) |
| Resolución (2) | 1 µg/m3 1 count/cm3 (TPC) | Precisión típica – R2 (11) | > 0.9 (PM1) > 0.8 (PM2.5) > 0.8 (PM4) > 0.7 (PM10) > 0.7 (TSP) > 0.8 (TPC) |
| Rango de temperatura de funcionamiento (3) | -20 a 50 °C -40 a 50 °C con calentador ** | Pendiente típica (11) | 0.85 – 1.18 |
| Rango de HR de funcionamiento (4) | 0 a 99 %RH | Intercepto típico (a) (11) | -1.8 µg/m3 ≤ a ≤ +1.8 µg/m3 (PM1) -2 µg/m3 ≤ a ≤ +2 µg/m3 (PM2.5) -2 µg/m3 ≤ a ≤ +2 µg/m3 (PM4) -3 µg/m3 ≤ a ≤ +3 µg/m3 (PM10) -4 µg/m3 ≤ a ≤ +4 µg/m3 (TSP) |
| Rango de HR recomendado (5) | 0 a 95 %RH | DQO – U(exp) típica (13) | < 50% (PM1 – PM4 – PM10 – TSP) < 35% (PM2.5) |
| Vida útil (6) | > 24 meses | Variabilidad intramodelo típica (14) | < 2 µg/m3 |
| Tiempo de respuesta (10) | < 10 s | ||
| 1. Rango de medida: rango de concentración medido por el sensor. 2. Resolución: unidad más pequeña de medida que puede indicar el sensor. 3. Rango de temperatura de funcionamiento: intervalo de temperatura en el que el sensor puede operar con seguridad y proporcionar mediciones. (**) En el sensor PM Tipo A: -40 a 50ºC con calentador (más información sobre esta versión bajo solicitud). 4. Rango de HR de funcionamiento: intervalo de humedad en el que el sensor puede operar con seguridad y proporcionar mediciones. 5. Rango de HR recomendado: rango de humedad relativa recomendado para un rendimiento óptimo del sensor. La exposición continua fuera del rango recomendado puede dañar el cartucho. 6. Vida útil: periodo durante el cual el sensor puede operar de forma eficaz y precisa en condiciones normales. 7. Rango de garantía: rango de concentración cubierto por la garantía de Kunak. 8. LOD (límite de detección): medido en condiciones de laboratorio a 20ºC y 50% HR. El límite de detección es la concentración mínima que puede detectarse como significativamente diferente de la concentración cero de gas, calculada según la especificación técnica CEN/TS 17660. 9. Repetibilidad: medida en condiciones de laboratorio a 20ºC y 50% HR. Grado de concordancia entre los resultados de mediciones sucesivas de la misma magnitud realizadas bajo las mismas condiciones de medida, calculado según la especificación técnica CEN/TS 17660. 10. Tiempo de respuesta: tiempo necesario para que el sensor alcance el 90% del valor final estable. 11. Precisión típica – R2: estadísticas obtenidas entre las mediciones horarias del dispositivo y los instrumentos de referencia en ensayos de campo entre -10 y +30ºC en distintas ubicaciones. (*) En el sensor PM tipo B, el error esperado para PM 10 es mayor en presencia de partículas gruesas. 12. Precisión típica: para contaminantes criterio es el error absoluto medio (MAE) obtenido entre las mediciones horarias del dispositivo y los instrumentos de referencia en ensayos de campo de 1 a 8 meses entre -10 y +30ºC en distintos países. Para otros contaminantes es el error esperado de la medición en la lectura. 13. DQO – U(exp) típica: objetivo de calidad de datos expresado como incertidumbre expandida en el valor límite, obtenido entre las mediciones horarias del dispositivo y los instrumentos de referencia en ensayos de campo de 1 a 8 meses entre -10 y +30ºC en distintos países, calculado según la Directiva Europea de 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 2024/2881 y la especificación técnica CEN/TS 17660. (*) En el sensor PM tipo B, el error esperado para PM 10 es mayor en presencia de partículas gruesas. 14. Variabilidad intramodelo típica: calculada como la desviación estándar de las medias de tres sensores en ensayos de campo de 1 a 8 meses entre -10 y +30ºC en distintos países. |
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Adicionalmente, las gráficas de distribución de tamaño de partículas también están disponibles en Kunak AIR Cloud.
Figura 1.
Herramienta de análisis del tamaño y la distribución de las partículas
Demostración de precisión en mediciones de PM10
Procedimiento de análisis y caracterización
Las siguientes métricas y gráficos se utilizan para evaluar el rendimiento del sensor PM en el ensayo de campo.
- Precisión: se obtiene como el error absoluto medio (MAE) entre las mediciones de KUNAKAIR y los instrumentos de referencia.
- Intervalo de confianza del 90%: el 90% de las mediciones queda por debajo de ese error. También se muestra el error relativo del error máximo dentro de ese 90%.
- Los resultados incluyen además la concentración media durante todo el ensayo.
- Gráficas temporales, gráficas de dispersión y variación temporal de la media se utilizan para analizar los resultados.
1. Ensayo de campo: Helsinki, Finlandia
- Ubicación: Teollisuuskatu, Helsinki, Finlandia.
- Periodo de ensayo: del 20 de febrero al 28 de abril de 2025.
Tabla 1. Condiciones ambientales del ensayo de campo
Tabla 2. Estadísticas de PM2.5 y PM10 medidas por la estación de monitorización de la calidad del aireControlar la calidad del aire es una tarea esencial para disfrutar de unas óptimas condiciones ambientales que favorezcan un saludable desarrollo humano y...
Leer más (Referencia)
La Figura 2 muestra cómo la concentración de PM10 es superior a la de PM2.5, lo que demuestra la alta concentración de partículas gruesas (PM10 – PM2.5) monitorizadas durante el ensayo de campo.
Figura 2.
Gráfica temporal de PM2.5 y PM10 de referencia.
La siguiente figura (Figura 3) muestra la gráfica temporal con las mediciones registradas por la estación de referencia y los dos dispositivos Kunak. Como se observa, existen varios picos por encima del límite de 190 µg/m3. Además, se aprecia cómo las mediciones de PM10 de Kunak están alineadas con las mediciones de PM10 del analizador de partículas. La buena correlación entre los dispositivos Kunak y los datos de referencia se muestra en la Figura 3, donde se presentan la gráfica de dispersión, la correlación (R2) y la ecuación lineal. Ambos dispositivos muestran una correlación elevada, superior a 0,80, con una pendiente cercana a 1 y un pequeño offset (inferior a 2 µg/m3).
Figura 3.
Gráfica temporal de los datos de referencia de PM10 (verde) y de las mediciones de PM10 de Kunak: dispositivos K-A3 RENT 1 (morado) y K-A3 RENT 4 (azul). La línea roja muestra el límite de concentración de PM10 de 190 µg/m3.
La Figura 4 muestra la gráfica de variación temporal, donde se observa cómo los sensores PM de Kunak de ambos dispositivos siguen perfectamente las tendencias de PM10 medidas por el instrumento equivalente.
Figura 4.
Gráfica de dispersión de los dispositivos Kunak (eje x) frente a los datos de referencia (eje y), junto con el rango de humedad (eje z). La gráfica muestra la correlación y la ecuación lineal.
La Figura 5 muestra cómo la concentración de PM10 es superior a la de PM2.5, evidenciando una alta concentración de partículas gruesas (PM10 – PM2.5) monitorizadas durante el ensayo de campo.
Figura 5.
Variación temporal del PM10 de referencia (rojo) y de ambas mediciones de PM10 de Kunak (verde y azul).
La tabla siguiente (Tabla 3) muestra las métricas de análisis descritas en la sección Procedimiento de análisis y caracterización. Se observa no solo la buena correlación obtenida en el ensayo de campo, sino también un MAE bajo y un intervalo de confianza del 90% adecuado. Además, se aprecia cómo la concentración media monitorizada por la referencia y por los dispositivos Kunak AIR Pro (DUT, Device Under Test) es muy similar.
Tabla 3. Métricas de análisis
Todos estos gráficos y estadísticas muestran el buen rendimiento del sensor de partículas para monitorizar altas concentraciones de PM10 en presencia de partículas gruesas.
2. Ensayo de campo: Accra, Ghana
- Ubicación: Accra, Ghana.
- Periodo de ensayo: del 8 de enero al 18 de febrero de 2024.
Tabla 4. Condiciones ambientales del ensayo de campo
Tabla 5. Estadísticas de PM2.5 y PM10 medidas por la estación de calidad del aire (referencia)
La siguiente figura (Figura 6) muestra el gráfico temporal con las mediciones registradas por la estación de referencia y los tres dispositivos Kunak AIR Pro. Como se observa, hay aproximadamente dos semanas en las que las concentraciones superan el límite de 190 µg/m3 durante la mayor parte del tiempo. El gráfico muestra cómo las mediciones de PM10 de Kunak están alineadas con las mediciones de PM10 registradas por el analizador de partículas.
Figura 6.
Gráfico temporal de PM2.5 y PM10 de referencia.
La buena correlación entre los dispositivos Kunak AIR Pro y los datos de referencia se muestra en la Figura 7, donde se incluyen el diagrama de dispersión, la correlación (R2) y la ecuación lineal. Los tres sistemas de sensores Kunak AIR Pro presentan una correlación excelente, superior a 0.87, con una pendiente cercana a 1. En este caso, debido a las concentraciones muy elevadas, el offset es ligeramente mayor (en torno a 26-40 µg/m3). Considerando concentraciones superiores a 250 µg/m3, este intercepto puede considerarse despreciable.
Figura 7.
Gráfico temporal de PM10 de referencia (azul) y mediciones de PM10 de Kunak: dispositivos K-A3 GHANA 1 (amarillo), K-A3 GHANA 2 (verde) y K-A3 GHANA 3 (naranja). La línea roja indica el límite de concentración de PM10 de 190 µg/m3.
La Figura 8 muestra el gráfico de variación temporal, en el que se observa cómo los sensores de partículas Kunak de los tres dispositivos siguen perfectamente las tendencias del PM10 medidas por el analizador de referencia.
Figura 8. Diagrama de dispersión de los dispositivos Kunak (eje X) frente a los datos de referencia (eje Y), y rango de humedad (eje Z). El gráfico muestra la correlación y la ecuación lineal.
Figura 9.
Variación temporal de la referencia (morado) y de las tres mediciones de PM10 de Kunak (rojo, verde y azul).
Por último, la tabla 6 muestra las métricas de análisis descritas en la sección Procedimiento de análisis y caracterización, donde se evidencia la excelente correlación obtenida en el ensayo de campo.
Como se ha mencionado anteriormente, debido a las concentraciones muy elevadas, el MAE y el intervalo de confianza del 90% son mayores que en el ensayo de Helsinki. Esto es esperable, ya que el rango de concentración va de 32.35 a 1493.94 µg/m3.
Por último, la tabla muestra la concentración media monitorizada tanto por la referencia como por el DUT (Device Under Test), evidenciando valores muy similares entre ambas tecnologías.
Tabla 6. Métricas de análisis.
Todos estos gráficos y estadísticas muestran el buen rendimiento del sensor de partículas para monitorizar altas concentraciones de PM10 en presencia de partículas gruesas.
Conclusiones
Los ensayos de campo realizados en Helsinki, Finlandia, y Accra, Ghana, demuestran que el sensor PM integrado en Kunak AIR Pro ofrece un rendimiento sólido y consistente, incluso en condiciones con altas concentraciones de partículas gruesas.
En ambas ubicaciones, los dispositivos Kunak AIR Pro mostraron un buen comportamiento frente a analizadores de referencia, con valores de correlación R2 superiores a 0,80 en Helsinki y a 0,87 en Accra, lo que confirma su capacidad para reproducir con precisión tanto las tendencias de PM10 como los niveles absolutos de concentración.
Los resultados indican que el sensor mantiene un comportamiento estable en un amplio rango de temperaturas, niveles de humedad y cargas de partículas, conservando una alta precisión tanto en condiciones moderadas como en episodios severos de contaminación. Aunque el MAE y el intervalo de confianza del 90% aumentan bajo concentraciones extremadamente altas, como era esperable por el rango operativo más amplio observado en Accra, la buena alineación entre los dispositivos Kunak AIR Pro y los instrumentos equivalentes confirma la robustez del sistema.
Su capacidad para seguir con precisión las variaciones temporales, detectar picos de concentración y mantener una buena concordancia con equipos de referencia la hace adecuada para aplicaciones industriales, urbanas y operativas en escenarios de construcción y demolición, donde disponer de datos fiables de calidad del aire es esencial para la toma de decisiones y la gestión ambiental.
