MQ-135, CO2 y la ventilación en tiempos de pandemia

Mangregor, Mangregor! Po po po! Parece que la segunda ola covid-19 ya ha llegado, esta aquí para dar la bienvenida al otoño. Y todo lo que ello conlleva.
No soy experto sanitario, ni científico, ni matemático, pero he estado atento a esta pandemia desde su inicio. Sigo a personas expertas en ciencia y salud y una de ellas es Boticaria García, que ha escrito recientemente este artículo.
Parece que poco a poco se está viendo que el SARS-CoV-2 no es un virus que se contagia cuando hablamos y cuando las gotas caen al suelo ya no hay problema.
Sino que se empieza a ver que el virus se puede mantener en el aire… ¡Y puede llegar hasta 5 metros de distancia!
Aerosoles, la nueva palabra en esto del Covid-19
Los colegios han empezado y al igual que yo, mucha gente se informa y teme los contagios por aerosoles (Así es como llaman en química a una suspensión de partículas en un medio, que en nuestro caso es el aire).
Y es por eso que muchos padres se están lanzando a comprar filtros HEPA en Amazon para llevarlos a las clases de sus hijos. Es ahí dónde Boticaria García dice que esta compra no puede hacerse a la ligera, que debe de calcularse si el filtro será capaz de renovar el aire ya que la velocidad de renovación debe de ser mínimo de 12.5l/seg por ocupante.
Por lo que habrá que tener en cuenta cuántos ocupantes tenemos en el espacio cerrado y la ventilación natural de la que disponemos. Aunque está claro que tener las clases con las ventanas abiertas no parece una opción que guste a nadie y menos a los que lo sufrirán muy pronto.
La importancia de la ventilación frente a los aerosoles
Pero a lo qué vamos, ¿A qué co****s viene que yo hable de algo que no entiendo como son las partículas en el aire y su velocidad de renovación?
Exactamente viene de este artículo que complementa a la perfección al de Boticaria García. El artículo empieza comentando lo mismo: La mayoría de contagios se producen en espacios cerrados y una vez el virus sale del cuerpo de alguien hay dos opciones: aire fresco o eliminar el virus del aire.
El artículo menciona que en un artículo de 2016 se explica cómo en un hospital de Hong Kong se sugiere que la tasa de intercambio de aire debe de ser de 9 veces por hora.
Entonces, de estos dos artículos ya sabemos que hay que ventilar 9 veces por hora o a una velocidad de 12.5l/segundo y participante. Además, que para ello podemos abrir ventanas y puertas y utilizar filtros HEPA.
Y con todo esto… ¿Cómo sabemos que la habitación está bien ventilada o no? ¿Si hay más catarros en invierno significa que la ventilación es óptima? ¿Si no huele a sudor esta todo ok? ¿Si contamos que el aire nos da a la cara más de 9 veces en una hora estamos haciéndolo fantabuloso?

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Conocer el nivel de ventilación de una habitación es aproximable
El que escribe el segundo artículo es un ingeniero y como tal , para calcular el ratio de aire intercambiado no utiliza miles de fórmulas físicas que muestren cómo se mueve el aire. Sino que aproxima (Como el chiste de la vaca…).
Por ello, lo que hace es darse cuenta que cuando respiramos en una habitación la llenamos de CO2, por lo que el nivel de CO2 en la habitación puede ser una buena medida de si hay suficiente renovación de aire o no.
En un espacio abierto, el nivel de CO2 es de 400ppm (partes por millón). Una habitación bien ventilada se considera que tiene menos de 800ppm. Pero la Universidad de Taipei descubrió que disminuir el CO2 en una habitación a 600ppm reducía el contagio en un 97%. Este caso se aplicó para la tuberculosis pero al final se trata de aerosoles en una habitación por lo que nos puede servir el valor de 600ppm para la lucha contra el coronavirus.
Ahora sí, electrónicos del mundo, ¿Cómo sabemos si una habitación está bien ventilada? Con medidores de CO2.
Calcula el CO2 de una habitación con tu Arduino y el MQ-135
Como toda la tecnología, estos medidores los vende ya el todopoderoso Amazon. Por un precio entre 23 y 65€ podemos conocer si las salas están bien ventiladas. Eso sí, ya lo avisa el segundo artículo, asegurémonos de que el medidor tiene una precisión de al menos 50ppm.
Si con el medidor tenemos más de 600ppm, deberíamos de abrir las ventanas y/o añadir filtros HEPA ya que nos encontraremos ante una sala mal ventilada.
Pero esto de los medidores del CO2 ya te debe de sonar… En su día hablamos de los sensores MQ, que nos permitían medir las concentraciones de gas en el ambiente con nuestro Arduino.
En su momento utilizamos el MQ-2, capaz de medir el humo en el ambiente. Pero dentro de esta familia de sensores, el MQ-135 es capaz de medir el CO2, entre otros.
El viaje astral hacia lo desconocido del MQ-135
Para entender cómo funcionan estos sensores he tenido que hacer un viaje astral por la red hasta encontrar algo que me gustara entre toda la cantidad de artículos que hay sobre el MQ-135.
Y mi problema ha venido al ver el datasheet del MQ-135, que tiene muchas palabras pero claro, lo que se dice claro, no lo es demasiado…
Lo primero que hay que recordar es que estos sensores tienen 4 pines:
- VCC: La alimentación, 5 Voltios
- GND: Nuestra masa, GND
- AO: Salida analógica
- DO: Salida digital
Lo interesante es utilizar la salida digital ya que es la que nos dará el valor exacto de concentración de CO2, la salida digital solamente nos indicará si supera o no un valor que habremos fijado mediante un potenciómetro.
El problema de este sensor es que queremos utilizarlo con mucha precisión, ya que será el que marque si una habitación es adecuada o no, el que nos marcará cómo de bien lo estamos haciendo frente al virus.
Para ello, si miramos el datasheet con cuidado, vemos que aparecen unas curvas de lo más extrañas.

Como ves, aparecen muchos términos extraños y se puede utilizar para medir muchos gases distintos. Así que si intentamos pasar de ellos encontramos que en la red hay quien utiliza la librería de Arduino MQ135.h o quien toma el valor del ADC y dice que eso son los ppm directamente…
De todas las teorías, para hacerlo bien hay que seguir ese trabajo fin de grado de Félix Marco Millán, que nos da claves muy interesantes.
Calibrar el sensor si volverse majara en el intento…
La primera clave es que la primera vez que conectemos el sensor a 5V y GND, deberemos de dejarlo 24 horas en funcionamiento sin pararlo. La explicación de esto es porque nos permite eliminar la humedad que haya en el sensor y que se haya quedado ahí en su fabricación.
La segunda clave es la compleja: Hay que calibrar el sensor. Al final todos tienen unos valores similares pero puede que tengan un pequeño offset, un valor por encima o por debajo del real. Esto nos obliga a tener que calibrarlo para estar seguros que vamos a tener medidas certeras.
Esta calibración se hace tomando las curvas que hemos visto antes, ya que son las que nos permitirán conocer la relación entre la medida de voltaje que recibo del sensor y las ppm de las que hemos estado tanto tiempo hablando.
Por ello, lo que necesitamos es un ajuste de las curvas de manera que tengamos una ecuación del tipo
Cómo lo que nos interesa ahora mismo es R0, la ecuación queda:
La razón de que nos interese R0 es porque R0 es la medida del sensor a 100ppm para el NH3. Es decir, es una constante que calcularemos y que utilizaremos siempre fija (Manías que tiene las constantes de no cambiar nunca). Por lo que este proceso de calibración solo lo necesitaremos la primera vez que utilicemos un sensor nuevo.
Para ello, tendremos que suponer a = 5.5973021420 y b = -0.365425824. Estos valores se interpolan de las gráficas pero Félix ya ha hecho eso por nosotros. ¡Gracias Félix! 🙂
El valor de Rs para la calibración es la media de los valores medidos por Arduino cada segundo durante 5 minutos (Esto se hace para tener un valor medio, que será más real que poner el primero que nos aparezca). Y el valor de ppm es el que deberíamos conocer durante esos 5 minutos.
Este valor lo podemos tomar de www.co2.earth. Una web que muestra el CO2 en cada parte del planeta. Si hacemos la prueba con las ventanas abiertas o al aire libre debería de servirnos…
Así que ya está. Conocemos R0 y ya tenemos el sensor calibrado. Ahora solo falta utilizarlo. Bueno bueno, espera espera… Los valores que vienen de Arduino no son exactamente Rs. Rs es la resistencia del sensor y sigue la siguiente fórmula:
Dónde RL son 20kOhms y adc sí es el valor que nos da el ADC de Arduino. Así que hay que aplicar esta fórmula a todos los valores recibidos por Arduino durante 5 minutos para calcular RS, hacer la media de todos y así poder calcular R0. Y con esto dejamos atrás la parte complicada del sensor.
Una buena práctica a la hora de utilizar el sensor es dejarlo 3 minutos encendido y tomar medidas a partir de ese tiempo ya que las medidas serán más fiables una vez el sensor ya tiene cierta temperatura.
Por fin, ¡Las ppm a nuestro alcance!
Ahora, solo nos falta programar. Y lo que hay que programar es esta ecuación ya que nosotros lo que llevamos buscando todo el tiempo es el valor de ppm de CO2 en el ambiente:
Aplicado esa ecuación en Arduino lo tendremos todo, pero claro, ya sabemos que lo que nos viene de Arduino no es directamente Rs, por lo que la ecuación a implementar quedaría:
Y ahora, ya estaría.Solo habría que escribir esa ecuación tan monstruosa en nuestro Arduino para que la consiguiera mostrar por pantalla.
Pero eso que sigues buscando información y encuentras algún foro en el que dicen que a veces los valores recibidos por el MQ-135 no son correctos y pueden haber elevaciones del ppm de una manera extraña. Aunque en ambos casos declaraban estar cerca de un aeropuerto…
No sé si puede influir o no, así que he continuado buscando hasta encontrar otro sensor: El gravity. Que lo que hace es medir el nivel de CO2 en el ambiente pero mediante infrarrojos.
El problema principal: Nos vamos a precios de 50€, lo que ya supera a los sensores de CO2 comerciales que incluyen pantalla y todo. Así que, si no es para un proyecto más grande en el que vaya incrustado… No sé, hay que valorarlo…
¿El MQ-135 funciona?
Y nada, 1600 palabras después nos reencontramos. Espero que te haya servido para hacer experimentos y que seamos nosotros los que comentemos si funciona el MQ-135 o no en los comentarios de ahí bajo. Tengo curiosidad por saber si era cierto lo que decían en el foro ese…
Espero que te sirva y sobretodo, que tengas en cuenta que los espacios cerrados necesitan ser ventilados para evitar contagios. A pesar del frío y a pesar de todo…
¡Mantente a salvo!
Déjame un comentario que en el fondo soy buen chaval
El valor de Rs resultante me queda negativo. Al tratarse del valor de una resistencia esto no sería posible hasta donde tengo entendido. Entiendo que estoy cometiendo algún error pero no termino de entender cual.