Sensores de gas adicionales para Project Aura AQ: usos prácticos

¿Qué sensores puedes conectar?

Este artículo trata de siete sensores DFRobot Gravity: monóxido de carbono, amoníaco, sulfuro de hidrógeno, dióxido de azufre, dióxido de nitrógeno, ozono y oxígeno. Cada módulo está destinado a su gas concreto. Se llaman sensores electroquímicos: el gas provoca una reacción en el elemento sensible y la electrónica la convierte en una lectura en pantalla. Familia de sensores de gas de DFRobot

Puedes equipar Project Aura AQ con un sensor de CO o con un sensor para uno de los otros seis gases. Por ejemplo, puedes elegir amoníaco para una granja.

Mantendré la compatibilidad con esta gama: disponer de módulos fáciles de conseguir y de conectar importa cuando montas tu propio dispositivo. Project Aura AQ puede recibir y mostrar sus datos. Al elegir un sensor, sigue siendo necesario comprobar que tiene suficiente exactitud para tu tarea y que es adecuado para el lugar donde lo vas a instalar.

Este artículo se refiere específicamente a los modelos SEN04xx que aparecen aquí. DFRobot también ofrece otras familias con características diferentes, incluidos sensores de formaldehído. Las conclusiones sobre una gama no deben aplicarse a todo el catálogo.

Verás la unidad ppm, que significa «partes por millón». Por ejemplo, 10 ppm equivale aproximadamente a 10 moléculas del gas medido por cada millón de moléculas de la mezcla de gases. Para un mismo gas, un número mayor significa que hay más cantidad en el aire. Pero un mismo número para gases distintos no implica el mismo efecto en una persona.

CO en casa: chimeneas, estufas y calefactores de combustión

Estás pasando una tarde con la familia junto a la chimenea. La habitación está caliente y quieres saber qué ocurre con el aire mientras arde el fuego. Un sensor de CO adicional permite seguir las lecturas de monóxido de carbono: ¿se mantienen más o menos estables o empiezan a subir mientras está encendida la chimenea? La calefacción doméstica es uno de los muchos usos de un sensor de CO.

La misma pregunta importa en una casa con estufa de leña, caldera de gas o calefactor de gas o queroseno. La combustión incompleta del combustible produce CO y los problemas de tiro o de la chimenea pueden hacer que los gases de combustión entren en la habitación. El monóxido de carbono no tiene color ni olor, por lo que no puedes percibir su presencia. EPA sobre las fuentes de CO en el hogar

La utilidad de un sensor de CO en Project Aura AQ es poder ver valores numéricos y cómo cambian con el tiempo. Puedes detectar una subida mientras funciona la calefacción, observar si continúa y comprobar cuándo empezó. El sensor también puede mostrar lecturas altas de CO, lo que ayuda a advertir una acumulación peligrosa del gas. El SEN0466 tiene un rango de medición de 0 a 1000 ppm. Características de DFRobot

En mi casa, muestra cambios incluso al encender la cocina de gas: las lecturas suben de 0 a unos 10 ppm. Es una observación personal en mi hogar y explica por qué considero útil esta medición adicional. El dispositivo me permite relacionar las lecturas con lo que está ocurriendo en la habitación.

Hace falta una alarma de CO certificada para emitir un aviso sonoro fuerte, también por la noche, cuando la familia duerme. Su respuesta depende de la concentración del gas y del tiempo de exposición: no está obligada a sonar con cada pequeña variación. El manual de FireAngel ofrece un ejemplo de estas reglas. Project Aura AQ aporta lecturas y un historial junto a esa protección, pero no sustituye a una alarma independiente: DFRobot no permite utilizar el módulo para proteger la vida de las personas. Restricción del fabricante

No ignores lecturas altas de CO aunque la alarma no haya sonado. Si sospechas que se está acumulando monóxido de carbono, sal al aire libre y contacta con los servicios de emergencia; si te encuentras mal, busca atención médica urgente. Recomendaciones del NHS

Usos prácticos de los demás gases

Medir estos gases puede resultar útil fuera de un piso normal. Los siguientes ejemplos explican por qué alguien podría necesitarlo. Al elegir un sensor, comprueba cuánto gas esperas encontrar en el aire, qué cambios necesitas detectar y en qué condiciones funcionará. Evaluar la seguridad laboral y proteger a las personas requiere instrumentos diseñados para esos fines.

NH₃: granjas avícolas, cuadras e industria

Una granja avícola es uno de los muchos lugares donde resulta útil medir amoníaco, NH₃. Se forma cuando los excrementos de las aves se descomponen en la cama del suelo. Universidad de Kentucky sobre el origen del amoníaco

La cama húmeda produce más amoníaco, mientras que la ventilación ayuda a eliminarlo del aire. Por eso al propietario le interesa ver cómo cambian las lecturas después de limpiar, secar la cama o ajustar la ventilación. UGA sobre la cama y el amoníaco

La Universidad de Georgia describe una situación posible: con la ventilación funcionando durante el día, las concentraciones son de 10–15 ppm, pero pueden subir a 40–60 ppm cuando se reduce el caudal de aire por la noche. Una inspección diurna puede pasar por alto lo que ocurrió de madrugada. Es un ejemplo de condiciones en una granja, no el resultado de una prueba de Project Aura AQ. UGA sobre las variaciones entre el día y la noche

El historial de lecturas ayuda a detectar esas subidas nocturnas y a ver si se repiten después de hacer cambios en la granja. Por ejemplo, tras secar la cama, puedes comparar varias noches con condiciones de funcionamiento parecidas: ¿son menores las subidas y cuánto tiempo se mantienen elevadas las lecturas? Así el propietario puede saber si ha cambiado algo durante las horas en que nadie hace una inspección.

El amoníaco también se mide en otros entornos:

• Cuadras. El amoníaco se libera cuando se descompone la orina en la cama. Retirar la cama húmeda reduce la fuente del gas, mientras que la ventilación ayuda a expulsarlo del edificio. Universidad de Purdue sobre el amoníaco en las cuadras, Penn State sobre la ventilación de cuadras
• Instalaciones de refrigeración industrial. Algunas centrales lecheras, fábricas de helados y cámaras frigoríficas utilizan amoníaco como refrigerante, es decir, como sustancia para producir frío. Se mide el NH₃ en el aire alrededor de los equipos. OSHA sobre la refrigeración con amoníaco
• Tratamiento de residuos orgánicos. El compostaje de materiales ricos en nitrógeno, como la hierba cortada, puede liberar amoníaco. Se pueden comparar las lecturas de distintos lotes de material. Universidad de Cornell sobre el amoníaco en el compostaje
• Almacenamiento y trasiego de amoníaco para fertilizantes. Se mide el NH₃ en el aire alrededor de depósitos y tuberías durante el trasiego y el mantenimiento. EPA sobre los centros de almacenamiento de amoníaco para fertilizantes

El SEN0469 puede considerarse para una vigilancia adicional tras comprobar las concentraciones previstas, sus lecturas y las condiciones de instalación. En una granja también hay que planificar la protección frente al polvo y la humedad. Un sensor mide el aire del lugar donde está instalado; distintas zonas de una nave avícola o cuadra grande pueden necesitar una vigilancia independiente.

En las instalaciones industriales, las alarmas de protección y los sistemas automáticos de seguridad cumplen su función independientemente de las lecturas adicionales de Project Aura AQ.

CO y NO₂: motores, carretillas elevadoras y extracción de gases de escape

Vigilar los gases de escape es uno de los muchos usos de las mediciones de CO y NO₂. En un taller de vehículos o un almacén, los motores de coches y las carretillas de combustión pueden funcionar en interiores. Las mediciones adicionales ayudan a ver cuándo suben las lecturas y cuánto tiempo siguen elevadas después de parar el equipo.

HSE incluye el CO y los óxidos de nitrógeno entre los componentes de los gases de escape; la mezcla depende del motor y de cómo esté funcionando. CDC también documenta la acumulación de CO cuando se utilizan carretillas de gas en interiores. El NO₂, o dióxido de nitrógeno, aporta una medición distinta, pero ni siquiera junto con el CO describe toda la mezcla de gases de escape. HSE sobre los gases de escape, CDC sobre las carretillas elevadoras

Supongamos que las lecturas suben repetidamente mientras funciona una carretilla y tardan mucho en volver a su nivel anterior después de que se detenga. Comparar el historial con los horarios de funcionamiento puede ayudarte a decidir revisar la extracción de esa zona. Tras el mantenimiento, resulta útil comparar turnos similares: ¿son menores las subidas y bajan antes las lecturas? Ten en cuenta cuánto tiempo funcionó el equipo, si las puertas estaban abiertas y cómo funcionaba la ventilación.

La eficacia de la ventilación y la seguridad laboral deben evaluarse con equipos diseñados para esos fines.

H₂S: biogás, granjas y procesos industriales

La depuradora de la ilustración es uno de los muchos lugares donde resulta útil medir sulfuro de hidrógeno, H₂S. Estas mediciones también se necesitan en otros sitios:

• Plantas de biogás. El estiércol y los residuos alimentarios se utilizan para producir gas con el que generar energía, y ese gas puede contener H₂S. Aquí se trata de vigilar el H₂S en el aire alrededor de los equipos, fuera de las tuberías. EPA sobre los sistemas de biogás
• Explotaciones ganaderas. El sulfuro de hidrógeno se forma cuando el purín se descompone sin oxígeno. Durante la agitación y el bombeo puede liberarse mucha más cantidad. Universidad de Minnesota
• Fabricación de pasta y papel. En los procesos de producción puede generarse H₂S. OSHA sobre el H₂S en la industria
• Instalaciones geotérmicas y fuentes termales. El sulfuro de hidrógeno puede liberarse de forma natural. Las mediciones ayudan a seguir su acumulación dentro de edificios que utilizan agua termal. WorkSafe sobre las fuentes naturales de H₂S

En estos proyectos, resulta útil comparar el historial con el funcionamiento de los equipos y la ventilación: ¿cuándo empiezan las subidas, cuánto duran y vuelven a aparecer después del mantenimiento? Así se pueden observar los cambios a lo largo de todo el turno, incluidas las horas en que nadie hace una inspección.

El SEN0467 puede considerarse para una vigilancia adicional del aire. Comprueba las concentraciones previstas, la sensibilidad que necesitas y las condiciones de instalación, incluidos el polvo y la humedad. Vigilar un olor débil puede exigir un instrumento más sensible. Analizar el propio biogás dentro de una tubería o trabajar en atmósferas potencialmente explosivas requiere equipos especializados.

O₃: piscinas, lavanderías y producción alimentaria

Una piscina con tratamiento del agua mediante ozono es una de las muchas aplicaciones del ozono, O₃. Este gas se utiliza para desinfectar y eliminar olores. Medirlo en el aire alrededor de los equipos puede resultar útil en distintos entornos:

• Producción de bebidas y lavado de envases. El agua ozonizada se utiliza para tratar botellas, recipientes y tuberías. Se mide el O₃ en el aire junto a la línea de lavado. Xylem sobre la producción alimentaria
• Lavanderías industriales. Algunos sistemas añaden ozono al agua para lavar y desinfectar la ropa. Se comparan las lecturas durante el lavado y el aclarado. Sistemas de ozono en lavanderías
• Piscinas con tratamiento del agua mediante ozono. Se puede vigilar el aire de la sala técnica que contiene el generador y los equipos de suministro de ozono. Aplicaciones de Ozonetech
• Eliminación de olores del aire extraído. En las cocinas profesionales, por ejemplo, se introduce ozono en el conducto de extracción para tratar los olores y la contaminación por grasa. Se mide el ozono en el aire de la sala alrededor de los equipos. Ozonetech sobre el tratamiento del aire extraído de cocinas

En estos proyectos puedes comparar el historial con el modo de funcionamiento del generador de ozono y la ventilación. Si las subidas se repiten en la misma fase, conviene revisar el equipo correspondiente y la extracción del gas. Después del mantenimiento puedes observar si vuelve a aparecer el mismo patrón bajo las mismas condiciones de funcionamiento.

En todos estos ejemplos, el sensor vigila el ozono en el aire. Medir el ozono disuelto y evaluar el tratamiento del agua requiere otros instrumentos. Instrumentos de medición de Xylem

El SEN0472 puede considerarse para una vigilancia adicional si se ajusta a las concentraciones previstas, la sensibilidad necesaria y las condiciones de funcionamiento. No debe utilizarse para decidir cuándo pueden volver a entrar personas en una sala tratada con un generador de ozono. Los sistemas de supervisión y protección del proceso funcionan independientemente de Project Aura AQ.

SO₂: bodegas, fruta deshidratada e industria

Una bodega es uno de los muchos lugares donde resulta útil medir dióxido de azufre, SO₂. En la elaboración del vino se utiliza para protegerlo de cambios no deseados causados por el contacto con el oxígeno y de microorganismos que pueden estropearlo. Parte del SO₂ disuelto puede pasar del vino al aire. Universidad Estatal de Iowa sobre el SO₂ en el vino

En una línea de embotellado, por ejemplo, un operario puede querer saber si las lecturas suben durante el funcionamiento y cuánto tiempo siguen elevadas. El historial se puede comparar con el horario de embotellado y el funcionamiento de la extracción. Si las subidas se repiten en una misma fase, eso ayuda a localizar una zona que revisar. Después del mantenimiento, resulta útil comparar ciclos de funcionamiento similares y comprobar si ha cambiado el patrón. Guía de SafeWork NSW para bodegas, página 19

Estas mediciones también son útiles en otros entornos:

• Producción de fruta deshidratada, como los albaricoques secos. Los albaricoques pueden tratarse con SO₂ antes del secado para retrasar el oscurecimiento y conservar su color. Durante este proceso el gas puede pasar al aire circundante. EPA sobre la producción de fruta deshidratada
• Fabricación de pasta y papel. Algunos procesos tratan la madera con soluciones que contienen SO₂ para separar las fibras. EPA sobre el tratamiento de la madera
• Calderas industriales de carbón o fuelóleo pesado. Quemar combustible que contiene azufre produce SO₂. Se puede vigilar el aire alrededor de la caldera durante el arranque y los cambios de carga. EPA sobre las fuentes de SO₂

El SEN0470 puede considerarse para una vigilancia adicional del aire tras comprobar las concentraciones previstas y las condiciones de instalación. Al elegirlo, es especialmente importante comparar sus lecturas con un instrumento más exacto: un estudio publicado encontró limitaciones en este módulo. Los detalles están en la sección de referencia al final.

El SO₂ del vino o de la fruta deshidratada se mide mediante un análisis independiente del producto. Las mediciones directamente dentro de un conducto de humos también requieren equipos diseñados para ese fin.

O₂: almacenamiento de cosechas y trabajo con gases industriales

El almacenamiento de fruta es uno de los muchos usos de las mediciones de oxígeno, O₂. Incluso después de la cosecha, las manzanas y las peras siguen respirando: consumen oxígeno y liberan dióxido de carbono. Para conservar la cosecha durante más tiempo, se mantiene la temperatura necesaria y una composición distinta del aire en cámaras especialmente selladas. Se reduce la proporción de oxígeno para ralentizar la respiración y maduración de la fruta. Esto se llama almacenamiento en atmósfera controlada. Universidad de Maine sobre el almacenamiento de manzanas y peras

Aquí, medir O₂ responde a una pregunta sencilla: ¿qué está ocurriendo con el aire dentro de la cámara? Por ejemplo, puedes observar cómo baja el oxígeno al preparar la cámara para el almacenamiento y cómo vuelve a subir cuando entra aire normal. El historial ayuda a relacionar estos cambios con el funcionamiento de los equipos.

Otros ejemplos en los que resulta útil medir oxígeno:

• Almacenamiento hermético de cereales y legumbres. Los niveles bajos de oxígeno en un almacén sellado ayudan a controlar los insectos que dañan el producto. La proporción de oxígeno se mide en el gas procedente del interior. Un sensor junto a un recipiente cerrado mide el aire de la sala, no el gas del interior del recipiente. Investigación de la Universidad de Purdue
• Congelación de alimentos con nitrógeno líquido. El nitrógeno se utiliza para enfriar rápidamente. Al evaporarse se convierte en gas y, si se acumula en la sala, reduce la proporción de oxígeno del aire. Air Products sobre la congelación con nitrógeno líquido
• Zonas de soldadura que utilizan argón. El argón protege la soldadura del contacto con el aire. Si se acumula en un espacio cerrado, desplaza el aire y baja el nivel de oxígeno. HSE sobre los gases de soldadura

El SEN0465 puede considerarse para una vigilancia adicional de cambios apreciables en la proporción de oxígeno, tras comprobar sus lecturas y las condiciones de instalación.

Los analizadores de gas y los controles propios de la cámara mantienen las condiciones precisas que necesita la fruta: el nivel adecuado depende de la variedad y reducir demasiado el oxígeno puede dañar la cosecha. Universidad de Maryland sobre el control de la atmósfera de almacenamiento

Al vigilar la atmósfera de una cámara, planifica cómo llevar el gas al sensor y protegerlo de la condensación. Para avisar de una falta peligrosa de oxígeno y comprobar el aire antes de que entren personas se necesitan instrumentos independientes diseñados para ello. Project Aura AQ aporta lecturas y un historial junto a esos equipos.

Rango, resolución y exactitud: ¿en qué se diferencian?

Estos módulos miden pequeñas cantidades de gas en ppm, y el oxígeno como porcentaje del volumen de la mezcla de gases. Al elegir uno, conviene entender qué concentraciones está diseñado para medir y qué exactitud tienen sus lecturas.

Cuatro características explican cosas diferentes:

• Rango: las concentraciones mínima y máxima de gas que el sensor está diseñado para medir. Por ejemplo, de 0 a 1000 ppm.
• Resolución: el incremento más pequeño que puede mostrar. Por ejemplo, 1 ppm o 0,1 ppm.
• Exactitud: cuánto puede diferir una lectura de la cantidad de gas realmente presente en el aire.
• Repetibilidad: si se obtienen lecturas parecidas al repetir la medición en las mismas condiciones.

Para esta gama, DFRobot indica que hay que calcular dos valores: el 10% de la lectura y el 5% del límite superior del rango. La desviación permitida es el mayor de los dos, en ambos sentidos. El fabricante llama «fondo de escala» al límite superior del rango. Características de DFRobot

Por ejemplo, un sensor de CO muestra 10 ppm. El diez por ciento de esa lectura es 1 ppm, mientras que el cinco por ciento del límite superior de 1000 ppm es 50 ppm. La fórmula da una desviación permitida de ±50 ppm.

Esto no significa que el módulo de CO solo empiece a detectar gas a partir de 50 ppm, ni que se equivoque exactamente en 50 ppm cada vez. Tampoco significa que las lecturas fluctúen al azar por todo ese intervalo. Un sensor concreto también puede mostrar repetidamente cambios menores.

La tabla recoge las características de los siete módulos. La última columna muestra el 5% del fondo de escala calculado. Es una parte del cálculo del error, no la cantidad mínima de gas que puede detectar el sensor.

Para el sensor de oxígeno, una lectura del 20,9% da una tolerancia calculada de ±2,09 puntos porcentuales. Un punto porcentual es la diferencia entre dos valores expresados en porcentaje: por ejemplo, entre el 20% y el 21% hay un punto porcentual.

Que la pantalla avance en pasos de 1 ppm no demuestra por sí solo una exactitud de ±1 ppm. Si necesitas distinguir con confianza entre 2 ppm y 5 ppm, compara el sensor con un instrumento más exacto o con una mezcla de concentración conocida.

La repetibilidad también importa para el historial. Al comparar eventos del mismo tipo, ten en cuenta la temperatura, la humedad, otros gases y la deriva, es decir, el cambio de las lecturas con el tiempo aunque las condiciones permanezcan iguales.

Por qué el ozono exterior requiere otro enfoque

Cuando el ozono aparece entre las capacidades de Project Aura AQ, es natural pensar que también se podrá vigilar el aire exterior. Debería haber explicado desde el principio para qué niveles de ozono está diseñado el sensor compatible y cuándo hace falta otro instrumento. Antes no lo dejé suficientemente claro.

Veamos un ejemplo hipotético: el aire exterior contiene 0,03 ppm de ozono, o 30 ppb. La unidad ppb significa partes por mil millones. El SEN0472 tiene un incremento de visualización declarado de 0,1 ppm y uno de los componentes de su tolerancia es de 0,5 ppm. Estas características no permiten prometer mediciones exactas de concentraciones tan pequeñas ni de sus variaciones. Características de DFRobot

Vigilar el ozono exterior es una tarea razonable por sí misma. Los niveles pueden subir en días soleados porque la luz solar impulsa reacciones en las que participan óxidos de nitrógeno y compuestos orgánicos volátiles de la atmósfera. Vigilar con exactitud concentraciones de fondo bajas requiere un instrumento diseñado y comprobado para ese nivel de medición. Explicación de la AEMA

El SEN0472 puede considerarse para otras aplicaciones del ozono, como la vigilancia adicional de procesos con concentraciones más apreciables.

Cómo obtener lecturas útiles

Un sensor puede responder a sustancias distintas de su gas objetivo. Por ejemplo, DFRobot indica que las lecturas del SEN0472 de ozono pueden cambiar en presencia de NO₂ y cloro. Esto se llama sensibilidad cruzada. Por tanto, una subida de las lecturas por sí sola no permite identificar con certeza el gas ni la causa del suceso. Tablas de sensibilidad cruzada de DFRobot

Antes de empezar a medir, el módulo necesita el tiempo de calentamiento indicado en sus instrucciones, especialmente después de haber estado almacenado. Respeta los límites de temperatura y humedad y evita las corrientes de aire fuertes, los disolventes, los aceites y las concentraciones excesivamente altas. Para algunos adaptadores antiguos V1.0, el fabricante también describe un problema de lecturas incorrectas después de un funcionamiento prolongado. Comprueba la versión de la placa al investigar un comportamiento inusual. Instrucciones de DFRobot

También quiero mencionar la calibración, es decir, el ajuste de las lecturas respecto a una referencia conocida. El fabricante ya lo hace en fábrica para la salida digital del módulo. Ejecutar el comando de recalibración sin una mezcla de concentración conocida puede borrar los datos de fábrica. El humo, un mechero, los gases de escape de un vehículo y el aire que parece limpio no sirven para este procedimiento.

Para observar lo que ocurre en casa, mantén el dispositivo en una ubicación fija adecuada, anota cuándo suceden los eventos y comprueba si la respuesta se repite en condiciones parecidas. La guía de colocación del monitor explica los principios básicos. Para un proyecto en un lugar de trabajo, compáralo además con un instrumento verificado que tenga suficiente exactitud para tu tarea.

Por dónde empezar al elegir un sensor

Decide qué quieres averiguar: vigilar la acumulación nocturna de amoníaco, relacionar cambios de CO con equipos de combustión o estudiar un proceso concreto. Después, comprueba algunos puntos:

1. ¿Qué fuente del gas está presente y qué concentraciones esperas?
2. ¿Qué cambios necesitas distinguir y con qué exactitud? ¿Encaja el rango del sensor, qué incremento mínimo muestra y con qué rapidez responde?
3. ¿Cómo podrían afectar a las lecturas la temperatura, la humedad, la contaminación y otros gases?
4. ¿Cómo comprobarás el resultado y qué harás con esa información?

En una casa con chimenea, estufa o calefacción de combustión, el CO puede aportar una vigilancia adicional útil. Elige NH₃, H₂S, SO₂, NO₂, O₃ u O₂ planteando una pregunta igual de concreta sobre tu recinto o proceso. La compatibilidad con estos módulos permite montar la configuración que necesitas; si ya tienes un sensor, valóralo según la tarea que cumple y su comportamiento en tus condiciones.

La página de Project Aura AQ recoge los modelos y las opciones de conexión.