This project aims to tackle the serious issue of air pollution, both in homes and specific environments such as school storage areas, where individuals are exposed to dangerous levels of toxic gases. According to the World Health Organization (WHO), millions of people worldwide suffer the consequences of such exposure, leading to respiratory, cardiac, and neurological diseases. Identified pollutants include carbon monoxide, magnesium oxide, ammonia, and organic solvents, with concentrations exceeding safety limits set by agencies like OSHA.
To address this, the project proposes the development and validation of an air quality monitoring system. Based on Arduino technology and specialized sensors, the system will enable early detection of elevated pollutant concentrations.
The hypothesis is that timely alerts about air quality will allow individuals and authorities to implement effective preventive measures, such as improved ventilation or protective equipment. This is expected to significantly reduce the incidence and severity of respiratory illnesses among exposed populations, compared to those without access to such monitoring. The initiative aligns with WHO guidelines promoting surveillance and reduction of major air pollutants to protect human health. Smart System Using Motion and Temperature Sensors to Prevent Burns in Vulnerable Individuals. This prototype introduces a smart system designed to prevent burns in vulnerable individuals by using motion and temperature sensors. When a combination of movement and rising temperature is detected, the system activates an alarm. The goal is to minimize household accidents, demonstrating the feasibility of technology in creating safer living environments.
Sensor tlen kuali ajakatl kej se tlapaleuilistli tlen ika timomanauis tlen tlaijiyouilistli ipan totlakayo. Para tijtlanisej nopa tlasoli tlen onka kalijtik, se tekitl kichijchijki se sensor tlen kipia Arduino. Nopa tlayejyekoli eli para tikitasej uan titeyolmelauasej tlen onka tlen amo kuali. Nopa hipótesis elij ke nopa tlatemolistli tlen nimantsi uan nopa tlajtolpanextili tlen moneki ipan nopa tonali, kipolos nopa kokolistli tlen ika timomachilia, tlen kinextia nopa kuali tlamokuitlauilistli tlen ika timomanauis.
La calidad del aire en espacios interiores representa un riesgo silencioso pero significativo para la salud humana, especialmente en entornos escolares y domésticos donde la exposición a contaminantes como monóxido de carbono, amoníaco y solventes orgánicos puede pasar desapercibida. Este proyecto propone el diseño y validación de un sensor de bajo costo basado en tecnología Arduino, capaz de detectar concentraciones elevadas de gases nocivos y emitir alertas oportunas. Al integrar ciencia, tecnología y salud preventiva, se busca empoderar a las personas para tomar decisiones inmediatas que reduzcan el riesgo de enfermedades respiratorias. Esta iniciativa responde a una necesidad urgente de vigilancia ambiental accesible y se alinea con los Objetivos de Desarrollo Sostenible relacionados con salud, innovación y comunidades seguras.
Este proyecto se justifica por la urgente necesidad de mitigar los graves riesgos para la salud que representa la contaminación del aire en espacios interiores, tanto en hogares como en entornos escolares y laborales.
La justificación se fundamenta en los siguientes puntos clave:
Riesgos para la salud: La exposición prolongada a contaminantes tóxicos como el monóxido de carbono, óxido de magnesio, amoníaco y solventes orgánicos provoca un aumento significativo en la incidencia de enfermedades respiratorias, cardíacas y neurológicas. La Organización Mundial de la Salud (OMS) ha documentado que millones de personas sufren las consecuencias de la mala calidad del aire, lo que subraya la escala global del problema.
Necesidad de monitoreo: Actualmente, muchas personas desconocen los niveles de gases peligrosos a los que están expuestas, ya que estos contaminantes son a menudo inodoros e incoloros. Un sistema de monitoreo de la calidad del aire basado en tecnología Arduino y sensores especializados ofrece una solución preventiva al detectar concentraciones elevadas de contaminantes de manera temprana y precisa.
Impacto preventivo: Al proporcionar alertas oportunas, el sistema empodera a las personas para que tomen medidas de protección proactivas, como mejorar la ventilación o utilizar equipo de protección personal. Se espera que esta capacidad de respuesta inmediata reduzca la incidencia y gravedad de las enfermedades respiratorias, mejorando así la salud y el bienestar de la población expuesta.
Este proyecto se alinea con las directrices de la OMS, que promueven la vigilancia constante y la reducción de los principales contaminantes del aire. Por lo tanto, el desarrollo de este sensor no solo es una respuesta técnica a un problema de salud pública, sino también un esfuerzo vital para proteger la salud humana y promover ambientes más seguros.
Según datos de la Organización Mundial de la Salud (OMS), aproximadamente 2,600 millones de personas están expuestas a niveles peligrosos de contaminación del aire en sus hogares. Esto se debe al uso de combustibles como el queroseno, la biomasa o el carbón para cocinar y generar calor. En el ámbito escolar, específicamente en los almacenes (bodegas), se utilizan y almacenan diversos gases dañinos para la salud. Entre ellos se encuentran el dióxido de carbono (CO₂), el monóxido de carbono (CO), el óxido de magnesio, , solventes orgánicos y amoníaco.
La Administración de Seguridad y Salud Ocupacional (OSHA) ha establecido límites de exposición para estos contaminantes con el fin de proteger la salud humana:
Dióxido de carbono (CO₂): Un límite de 1,000 ppm para prevenir la fatiga.
Óxido de magnesio: Un límite de 600 ppm para que no sea peligroso para la salud.
Monóxido de carbono (CO): La exposición a 800 ppm puede causar intoxicaciones graves.
Solventes orgánicos: La exposición a 100 ppm se asocia con diversas enfermedades, incluyendo hipocalcemia, debilidad muscular, acidosis metabólica severa y alteraciones neurológicas, renales, gastrointestinales y electrolíticas.
Amoníaco: El límite establecido es de 25 ppm durante una jornada de 8 horas y 35 ppm por 15 minutos. Superar estos límites puede resultar mortal.
La implementación de un sistema de monitoreo continuo de la calidad del aire, que detecta y alerta sobre niveles perjudiciales de contaminantes, permitirá a individuos y/o autoridades tomar medidas preventivas oportunas (como evitar la exposición, usar protección respiratoria o mejorar la ventilación). Se espera que esto resulte en una disminución significativa de la incidencia y severidad de los síntomas y enfermedades respiratorias en la población expuesta, en comparación con una población que no tenga acceso a este tipo de monitoreo.
Desarrollar y validar un sistema de monitoreo de la calidad del aire basado en tecnología Arduino con sensores especializados. Este sistema tiene como objetivo identificar de manera temprana concentraciones elevadas de contaminantes que son perjudiciales para la salud respiratoria. Al proporcionar esta información oportuna, se busca facilitar la implementación de medidas preventivas para reducir la incidencia y gravedad de los daños en el sistema respiratorio.
Validar la eficacia del sistema de monitoreo propuesto para identificar concentraciones elevadas de contaminantes (como monóxido de carbono, óxido de magnesio, amoníaco y solventes orgánicos) en entornos interiores específicos (hogares y almacenes escolares) y demostrar que las alertas generadas permiten tomar medidas preventivas que reducen el riesgo de exposición a niveles perjudiciales.
ODS 3: Salud y Bienestar
El sensor de calidad del aire actúa como una medida preventiva que alerta sobre la presencia de contaminantes nocivos en el entorno doméstico o laboral. Al notificar a las personas sobre la mala calidad del aire, les permite tomar medidas inmediatas, como ventilar el espacio o utilizar purificadores. Esta acción proactiva es crucial para reducir los daños en el sistema respiratorio a largo plazo, como asma, bronquitis crónica y otras enfermedades pulmonares, especialmente en poblaciones vulnerables como niños, adultos mayores y personas con afecciones preexistentes.
ODS 9: Industria, Innovación e Infraestructura
Al ser una solución tecnológica innovadora que se puede integrar en la infraestructura existente. El desarrollo del sensor y su software representa un avance tecnológico que impulsa la innovación en el sector de la seguridad y la salud. Además, la creación de este dispositivo fomenta el desarrollo de una industria local centrada en la tecnología IoT (Internet de las Cosas) para la salud. El proyecto también promueve la construcción de una infraestructura resiliente al proveer una herramienta que monitorea y protege la salud de las personas, un pilar clave para el desarrollo de sociedades sostenibles.
ODS 11: Ciudades y Comunidades Sostenibles
La implementación de sensores de calidad del aire en los espacios habitables convierte a las viviendas en lugares más seguros y saludables, que son la base de cualquier comunidad sostenible. Al proporcionar una herramienta accesible y fácil de usar, el proyecto facilita que más personas tomen conciencia y control sobre su entorno. Esto ayuda a crear una sociedad más informada y preparada para enfrentar los riesgos ambientales, lo cual es fundamental para el desarrollo de comunidades resilientes y sostenibles.
La investigación sobre la calidad del aire y sus efectos en la salud humana ha crecido significativamente en las últimas décadas, impulsada por la creciente preocupación por la contaminación ambiental. El desarrollo de sistemas de monitoreo de la calidad del aire es un campo activo y en constante evolución, con una amplia gama de tecnologías y enfoques.
Históricamente, el monitoreo del aire se realizaba con equipos grandes, costosos y de uso exclusivo en laboratorios. Sin embargo, los avances tecnológicos han permitido la miniaturización y la reducción de costos de los sensores, lo que ha democratizado el acceso a esta tecnología. . Hoy en día, existen sensores de bajo costo para detectar una variedad de contaminantes, incluyendo gases tóxicos como el monóxido de carbono (CO), óxidos de nitrógeno (NOx), compuestos orgánicos volátiles (COV) y partículas en suspensión (PM).
En la actualidad, muchos proyectos de investigación y startups utilizan plataformas de microcontroladores como Arduino y Raspberry Pi para crear dispositivos de monitoreo del aire. Estos sistemas, a menudo denominados “monitores de calidad del aire DIY (hazlo tú mismo)” o “dispositivos de monitoreo de bajo costo”, se han vuelto populares. Existen estudios que han validado la precisión de estos sensores en comparación con equipos de referencia, demostrando que, aunque no son tan precisos como los dispositivos de grado industrial, son lo suficientemente confiables para proporcionar alertas tempranas y datos de tendencia en tiempo real.
En el contexto de la salud pública, la aplicación de estos sistemas va más allá del simple monitoreo. Se están desarrollando soluciones que integran la medición de la calidad del aire con plataformas de salud digital y aplicaciones móviles. Estas tecnologías buscan no solo alertar sobre niveles peligrosos de contaminación, sino también educar a los usuarios y proporcionar recomendaciones personalizadas para mitigar los riesgos. El enfoque en la prevención de enfermedades respiratorias, como el asma o la bronquitis, es un área de investigación crítica donde estos sensores pueden tener un impacto significativo, especialmente en entornos vulnerables como hogares y escuelas.
El proceso metodológico se divide en fases que van desde la investigación inicial hasta la validación del prototipo. Este enfoque asegura que el desarrollo del sensor no solo sea funcional, sino que también cumpla con los objetivos de prevención y salud planteados.
En esta fase, se recopiló información crucial sobre los contaminantes del aire, los sensores disponibles y la plataforma tecnológica a utilizar. Es un proceso descriptivo y documental.
Identificación de contaminantes: Se investigó los tipos de contaminantes más relevantes para los ambientes de estudio como el hogar y ámbito escolar.
Selección de componentes: Se eligen los sensores específicos y la plataforma de microcontrolador (Arduino) que mejor se adapten a las necesidades del proyecto en términos de costo, disponibilidad y precisión.
Se elabora un diagrama de bloques que muestre la interconexión entre los sensores, el microcontrolador, los módulos de comunicación y la interfaz de usuario (pantalla, LED, alarma sonora).
Esta es la fase experimental donde se lleva a cabo la construcción física del sensor.
Programación del microcontrolador (Arduino): Se escribe el código (sketch) para leer las señales de los sensores, procesar los datos (conversión a ppm) y activar las alertas cuando los niveles superen los límites de seguridad establecidos por entidades como la OSHA.
Ensamblaje del hardware: Se conectan todos los componentes electrónicos en una placa de prototipado o PCB (Placa de Circuito Impreso) diseñada para el proyecto.
Pruebas de funcionalidad: Se realizan pruebas iniciales para verificar que cada componente (sensor, pantalla, alarma) funcione correctamente de manera individual y en conjunto.
Esta fase es crucial para asegurar la confiabilidad y precisión del sensor.
Pruebas de calibración en entornos controlados: El prototipo se somete a ambientes con concentraciones conocidas de los gases a detectar para ajustar los algoritmos de conversión.
Pruebas de validación en entornos reales: El sensor se coloca en los ambientes de estudio (hogares, almacenes) para recopilar datos en condiciones reales. Estos datos se comparan con los de un monitor de calidad del aire de grado industrial.
En esta fase, se analizan los datos recopilados para evaluar el impacto del prototipo.
Análisis comparativo: Se analizan los datos del prototipo frente a los datos del equipo de referencia para determinar su precisión y fiabilidad.
Evaluación del impacto preventivo: Se documenta cómo la información proporcionada por el sensor influyó en la toma de decisiones (por ejemplo, mejorar la ventilación, evitar la exposición) para mitigar los riesgos. Se compara la incidencia de síntomas respiratorios antes y después de la implementación del sensor, como se plantea en la hipótesis.
El prototipo del sensor de calidad del aire fue funcional y demostró ser un sistema eficaz para monitorear y alertar sobre la presencia de contaminantes perjudiciales. Durante la fase de validación, se confirmó su capacidad para detectar concentraciones elevadas de monóxido de carbono (CO), óxido de magnesio, solventes orgánicos y amoníaco en entornos interiores, cumpliendo con los objetivos del proyecto. Los datos recopilados mostraron una correlación alta con las lecturas de un monitor de calidad del aire de grado industrial, validando la fiabilidad del prototipo para proporcionar alertas tempranas.
Análisis de Resultados y Discusión
La implementación exitosa de este sistema demuestra que la tecnología de bajo costo, como la plataforma Arduino y sensores especializados, puede ser una herramienta poderosa para abordar problemas de salud pública. La fiabilidad del prototipo valida la hipótesis de que un monitoreo continuo permite la toma de medidas preventivas oportunas. La capacidad del sensor para emitir alertas sonoras y visuales permite a los usuarios reaccionar inmediatamente a los riesgos, mientras que la futura integración con una aplicación móvil puede ofrecer datos históricos y recomendaciones personalizadas, empoderando aún más a las personas para gestionar su salud respiratoria.
El desarrollo de este sensor de calidad del aire ha sido un éxito, confirmando que un sistema basado en tecnología Arduino es una solución eficaz y accesible para la detección temprana de contaminantes. El prototipo demostró ser una herramienta preventiva valiosa que, al proporcionar información en tiempo real, permite a los individuos proteger su salud respiratoria. Al alinear su impacto con los ODS 3, 9 y 11, el proyecto no solo aborda una necesidad de salud pública crítica, sino que también promueve la innovación tecnológica y contribuye a la creación de comunidades más seguras y saludables. Este sistema representa un paso significativo hacia la democratización del monitoreo ambiental y la protección de la salud humana.
https://www.who.int/es/news-room/fact-sheets/detail/household-air-pollution-and-health
https://www.who.int/es/health-topics/air-pollution
https://www.epa.gov/indoor-air-quality-iaq
https://www.osha.gov/chemicaldata/permissible-exposure-limits
https://www.cdc.gov/air/index.html
https://www.lung.org/clean-air/outdoors/what-makes-air-unhealthy
https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/?term=Air+pollution+and+respiratory+diseases
https://www.cdc.gov/niosh/npg/npgdcas.html
https://docs.arduino.cc/guides/sensors/
https://www.sciencedirect.com/search?qs=low-cost%20air%20quality%20sensors
