El dióxido de carbono (CO2) en el aire se mide normalmente en partes por millón (ppm). A 1.000 ppm de CO2, un volumen de aire con un millón de moléculas de aire contendría una mezcla de 999.000 moléculas de aire y 1.000 moléculas de CO2.
El volumen de aire necesario para contener un millón de moléculas de aire se ve afectado por la temperatura del aire y la presión atmosférica, también llamada presión barométrica. A medida que disminuye la presión, aumenta el volumen necesario para contener un millón de moléculas de aire. Lo contrario ocurre con la temperatura. A medida que disminuye la temperatura, disminuye el volumen de aire necesario para contener un millón de moléculas. Aunque el volumen de aire se ve afectado por la temperatura y la presión, la concentración de CO2 no se ve afectada. Si se empezó con 1.000 ppm de CO2, se termina con 1.000 ppm de CO2 a pesar de los cambios en el volumen de aire.
Los sensores de CO2 más comunes se conocen con el término de ingeniería de infrarrojos no dispersivos, o NDIR. Un sensor de CO2 NDIR emite luz infrarroja a través de una muestra de gas en una cámara de muestras. Los fotodetectores sensibles miden la intensidad de la luz infrarroja tras atravesar la muestra de gas. Las moléculas de CO2 son opacas a la luz infrarroja de 4,26 micras, mientras que el resto de las moléculas de aire no lo son. Por tanto, la intensidad de la luz infrarroja disminuye proporcionalmente al número de moléculas de CO2 presentes. La medición de la intensidad de la luz resultante mide el número de moléculas de CO2 presentes.
El tamaño de la cámara de muestreo NDIR es fijo y está abierta a la atmósfera para que el aire pueda entrar y salir. Como se ha explicado anteriormente, el número de moléculas de aire en un volumen determinado se ve afectado por la temperatura y la presión atmosférica, pero no por la concentración de CO2. A bajas presiones o altas temperaturas, habrá menos moléculas de aire en la cámara de muestras, por lo que también habrá menos moléculas de CO2, aunque las ppm de CO2 no hayan cambiado. Menos moléculas de CO2 "engañan" al sensor haciéndole creer que la concentración de CO2 es menor de lo que realmente es. A altas presiones o bajas temperaturas, hay más moléculas de aire en la cámara de muestras y más moléculas de CO2, aunque la concentración de CO2 no haya cambiado. Más moléculas de CO2 "engañan" al sensor haciéndole creer que la concentración de CO2 es mayor de lo que realmente es. Por lo tanto, la calibración de un sensor de CO2 sólo será precisa a una temperatura y a una presión de aire.
Cálculo de los efectos de la temperatura y la presión barométrica en la medición de CO2
La siguiente fórmula derivada de la Ley de los Gases Ideales relaciona los cambios en el volumen del aire con la temperatura, la presión y el número de moléculas presentes:
ppm CO2 corregido = ppm CO2 medido * ((Tmedido*pref) / (pmedido*Tref))
- pmedida = Presión actual, en las mismas unidades que la presión de referencia (no corregida al nivel del mar)
- Tref = temperatura de referencia, normalmente 25 °C, 77 °F, convertida a absoluta (298,15 para °C, 536,67 para °F).
- Tmedida = Temperatura absoluta actual, °C + 273,15, °F +459,67
- pref = presión barométrica de referencia, normalmente el nivel del mar, 29,92 in Hg, 760 mm Hg, 1013,207 hPa o 14,6959 psi.
La Tabla 1 utiliza la fórmula de la Ley del Gas Ideal anterior para mostrar cómo cambiaría la medición de CO2 no compensado con temperaturas de 32 °F a 110 °F. Las condiciones iniciales son 1.000 ppm de CO2, 77 °F y presión barométrica al nivel del mar. Como se ve en la Tabla 1, la concentración de CO2 varía en 150 ppm.
La presión barométrica se ve directamente afectada por la altitud, y la Tabla 2 utiliza la fórmula de la Ley de los Gases Ideales para mostrar cómo cambiaría la medición de CO2 no compensado con altitudes de -1.000 a 10.000 pies. Las condiciones iniciales son 77 °F y 1.000 ppm de CO2 a nivel del mar. Como se ve en la Tabla 2, la concentración de CO2 varía en 349 ppm.
Efectos meteorológicos en la medición de la presión barométrica y el CO2
El calor que entra en nuestra atmósfera crea patrones meteorológicos, y estos patrones afectan a la Presión Barométrica formando sistemas de alta presión y sistemas de baja presión. Las tormentas que se desplazan rápidamente pueden cambiar drásticamente la presión atmosférica y la altitud efectiva en sólo unos minutos.
A unos 24 kilómetros de la sede de BAPI hay una estación meteorológica con conexión a Internet en los acantilados del río Misisipi, sobre la pequeña ciudad de DeSoto. En la Tabla 3 se muestran los datos históricos de esa estación meteorológica desde 2003 hasta 2011, la presión más alta, la presión más baja y la mayor oscilación de presión en un día.
Si el nivel real de CO2 fuera de 1.000 ppm a nivel del mar, la Tabla 3 muestra cuál sería la concentración de CO2 medida en DeSoto en esos días. Desde el 15 de enero de 2005 hasta el 26 de octubre de 2010, los patrones meteorológicos por sí solos cambiaron la medición de CO2 en 75 ppm, que es toda la especificación de precisión para un sensor NDIR de CO2 típico.
En el único día del 18 de enero de 2005, los patrones meteorológicos cambiaron la medición de CO2 en 35 ppm, lo que supone casi el 50% de la especificación de precisión de un sensor NDIR de CO2 típico.
El efecto combinado de la temperatura y la presión barométrica en la medición del CO2
La temperatura y la presión barométrica afectan a la medición de CO2 de forma individual y combinada. La Tabla 4 muestra la concentración de CO2 medida para el rango de presiones barométricas registradas en DeSoto de 2005 a 2010 junto con temperaturas de 50 a 90°F.
Si la concentración real de CO2 fuera de 1.000 ppm a 77 °F y a nivel del mar, la concentración de CO2 medida variaría en 161 ppm en los distintos rangos de temperatura y presión barométrica. Esa variación es superior a la precisión especificada del sensor de CO2 NDIR.
Compensación dinámica de la medición de CO2
Debido a la naturaleza constantemente cambiante de la presión barométrica y la temperatura y su efecto en la medición de CO2, la única forma de obtener una medición precisa de CO2 con un sensor NDIR es mediante la compensación de la temperatura y la presión barométrica. Por este motivo, todos los sensores de CO2 BAPI incorporan un sensor de presión barométrica y un sensor de temperatura.
Cada ocho segundos, el sensor BAPI realiza una lectura de CO2 y, a continuación, compensa ese valor en función de la temperatura y la presión barométrica actuales. Esta es una de las razones por las que los sensores de CO2 de BAPI son los más precisos de la industria HVAC/R. Tampoco es necesario que un técnico de HVAC dedique un tiempo valioso a introducir manualmente el valor de altitud para la ubicación en todos y cada uno de los sensores cuando se instalan. Esto hace que el sensor de CO2 de BAPI sea uno de los más fáciles de instalar, ahorrando tiempo y dinero.
Si tiene más preguntas, llame a su representante de BAPI.
