Las partículas en suspensión en la atmosfera es un tipo de contaminación muy abundante que afecta tanto a zonas rurales como a zonas urbanas. Las partículas en suspensión conocidas por sus siglas en inglés PM (“particulated matter”), puede ser una mezcla muy variada, y por ello se clasifican, más que según su contenido, según su medida y según cómo se comportan al respirarlas. Hay partículas de diámetro aerodinámico igual o inferior a 10 µm (PM10) que suelen llegar más allá de la garganta y las que tienen un diámetro igual o inferior a 2.5 µm (PM2.5) que pueden llegar hasta los pulmones. Finalmente las partículas ultrafinas, con un diámetro igual o inferior a 0.1 µm, que pueden pasar de los alveolos pulmonares a la sangre. Es interesante señalar que las partículas de diámetros comprendidos entre 0.4 y 10 µm pueden permanecer en la atmósfera hasta 10 días lo que supone la posible realización de trayectos del orden de 1000 km desde su zona de formación hasta su punto de impacto.

Los valores límites de concentración de aerosoles propuestos para la protección de la salud humana se sitúan para las PM10 en 40 µgr/m3 de concentración anual media mientras que para las PM2.5 se sitúa en 25 µgr/m3. Concentraciones superiores a estos niveles pueden considerarse como definitorias de una situación de contaminación atmosférica de calidad “deficiente” (PM10 entre 40-50 µgr/m3 y PM2.5 entre 25-40 µgr/m3), “mala” (PM10 entre 50-75 µgr/m3 y PM2.5 entre 40-60 µgr/m3) y “muy mala” ( PM10 >75 µgr/m3 y PM2.5 > 60 µgr/m3 ). Para saber más sobre la contaminación por PM podemos consultar la Wikipedia ( https://en.wikipedia.org/wiki/Particulates ).

En general los niveles habituales de concentración de PM en las atmósferas urbanas suelen situarse en la zona “moderada” de calidad del aire (PM10 entre 25-40 µgr/m3 y PM2.5 entre 15-25 µgr/m3) aunque pueden observarse episodios, de varios días de duración, con altas concentraciones de partículas que pueden llegar a valores de 300 µgr/m3 como se presenta en la figura 1 en un ejemplo de la las medidas medias horarias llevabas a cabo en Madrid durante la semana del 22/Nov/1999 hasta el 30/Nov/1999. Estos episodios de altas concentraciones suelen estar ligados a situaciones meteorológicas concretas en las que se intensifican los niveles de contaminación local por disminución de la capacidad dispersiva de la atmósfera (como es el caso del ejemplo presentado en la figura 1) o por la llegada de masas de aire altamente contaminadas que apenas han sufrido dilución a lo largo de su transporte desde su zona de emisión o formación.


Figura 1. Ejemplo de las observaciones de la concentración de partículas en Villaverde (Madrid) durante un episodio de contaminación. (“CARACTERIZACIÓN DE LA CONTAMINACIÓN ATMOSFÉRICA PRODUCIDA POR PARTICULAS EN SUSPENSION EN MADRID” – Tesis de la Unv. Complutense de Madrid- Autor: Salvador Martínez- ISBN 978-84-669-2560-0)


La medida de la concentración de las partículas en la atmósfera puede hacerse a través de dispositivos que usan fuentes de luz, luz que al incidir sobre dichas partículas, sufre un proceso de retrodifusión o un oscurecimiento medible que es proporcional a su concentración. Un dispositivo muy extendido en la comunidad ARDUINO DIY para medir la contaminación atmosférica debido a partículas es el GP2Y1010 – “Compact Optical Dust Sensor” – fabricado por SHARP (figura 2) y que se basa en el principio del uso de una fuente de luz como medio para determinar la concentración de PM en el aire.

Figura 2. Foto del medidor de partículas GP2Y1010 – “Compact Optical Dust Sensor” – fabricado por SHARP (En rojo el número de sus 6 pines de conexión).

Según su hoja de especificaciones el medidor GP2Y1010 es capaz de medir concentraciones de partículas comprendidas entre 0 y 500 µgr/m3 – (figura 3) produciendo un output de tensión comprendido entre 1 y 3.5 Voltios.

Figura 3. Señal de salida del medidor GP2Y1010 en función de los niveles de concentración de PM (Dust density expresada en mg/m3)


Para poder utilizar este sensor con un dispositivo ARDUINO hay que conectarlo de manera adecuada tal como se explica en su hoja de especificaciones. En la figura 4 se presenta un esquema de cómo debe realizarse esta conexión en función de los números de los pines de conexión presentados en la figura 2.

Figura 4. Esquema de conexión del sensor GP2Y1010 a un equipo ARDUINO

Lo más importante a destacar de este esquema es el hecho de que tanto el pin 1 como el 2 deben conectarse al GND y al punto de 5V de la placa ARDUINO a través de una resistencia de 150 ? y un condensador electrolítico de 220 µF. El pin 5 será de donde rescatemos el output del sensor y el pin 3 lo conectaremos a una salida digital de la placa ARDUINO, para alimentar con un pulso intermitente la fuente de luz LED, que usa el sensor para medir los PM.

El aspecto final de la conexión de este sensor a un dispositivo ARDUINO se presenta en la figura 5.

Figura 5. Conexión del sensor GP2Y1010 a una placa ARDUINO UNO


Tras la conexión procederemos a cargar el correspondiente código ARDUINO a la placa. El código usado se presenta a continuación.

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// CODIGO ARDUINO PARA CONTROLAR Y USAR EL SENSOR GP2Y1010
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int dustPin=0;
int dustVal=0;
int ledPower=2;
int delayTime=280;
int delayTime2=40;
float offTime=9680;

void setup()
{
Serial.begin(9600);
pinMode(ledPower,OUTPUT);
}

void loop()
{
// ledPower is any digital pin on the arduino connected to Pin 3 on the sensor
digitalWrite(ledPower,LOW); // power on the LED
delayMicroseconds(delayTime);
dustVal=analogRead(dustPin); // read the dust value via pin 5 on the sensor
delayMicroseconds(delayTime2);
digitalWrite(ledPower,HIGH); // turn the LED off
delayMicroseconds(offTime);
delay(3000);
Serial.println((0.7886*dustVal)-123);
}

Este código simplemente lo que hace es enceder el LED del sensor durante un tiempo (delayTIME=40 ms) y luego pasa a leer la señal de salida del sensor en la entrada analógica A0 de la placa en la variable dustVal. El resultado final se presenta en el monitor serie del propio programa de carga del código ARDUINO (en la pestaña de herramientas) tras ser corregido a niveles propios de concentración en la instrucción final “Serial.println((0.7886*dustVal)-123)”. Este proceso se cicla cada 3000 ms con la instrucción “delay(3000)”. La corrección tiene en cuenta la conversión de los datos ARDUINO a voltios y la relación entre voltios y µg/m3 de la figura 3. En la figura 6 se presentan las primeras medidas de prueba obtenidas durante 2 minutos con este sensor en una zona interior de una vivienda.

Figura 6. Medidas de PM en el interior de una vivienda con el sensor SHARP GP2Y1010 conectado a un ARDUINO UNO

Uno de los detalles más importante a señalar de este primer resultado es que la medida presenta una fluctuación bastante elevada que hace variar los datos en casi un total cercano a 30 µg/m3.