Monitorización ambiental con sensores IoT

Un sensor de temperatura montado encima de un radiador mide la corriente de aire caliente que asciende de él. Puede leer varios grados de más durante toda la temporada de calefacción sin que los datos lo delaten: la radio entrega cada informe a tiempo y la tendencia parece uniforme. Muchos fallos de monitorización ambiental son así. El enlace funciona, pero la medida no representa aquello que se pretende medir.

Empiece por la decisión que apoyarán los datos. Una queja de confort, el control de ventilación, la protección de la cadena de frío, el riesgo de condensación y la exposición al aire exterior requieren variables, ubicaciones y tiempos de respuesta diferentes.

Lista de puntos de medida

Prepare una lista de puntos antes de elegir equipos, con una fila por sensor. Dos ejemplos:

Las cifras de CO₂ proceden de la ficha Sensirion SCD40. Las de temperatura corresponden a la sonda impermeable EpiSensor TES. Añada columnas para el responsable, la referencia de calibración y una fotografía.

Las dos columnas que suelen omitirse son la pregunta y la ubicación. Sin la pregunta, nadie podrá decidir después si una media de 15 minutos es adecuada. Sin la ubicación y una fotografía, nadie verá que el sensor está en un chorro de aire de impulsión.

Registre el medio que mide cada sensor. Las temperaturas del aire, de una superficie y de un líquido son medidas distintas y requieren sondas distintas. La humedad relativa se mide. El punto de rocío se calcula a partir de temperatura y humedad, por lo que arrastra el error de ambas.

Un sensor NDIR mide directamente el CO₂. Un valor de «CO₂ equivalente» (eCO₂) se infiere de la respuesta de un sensor de gas de óxido metálico a compuestos orgánicos volátiles. Sube con productos de limpieza, cocina y perfumes, sigue la ocupación solo aproximadamente y no puede compararse con el umbral HSE que se indica más adelante. La lectura de TVOC de un sensor de óxido metálico es una respuesta a una mezcla de gases escalada frente a un gas de referencia que elige cada fabricante; por ello, dos marcas dan números distintos en la misma habitación.

Utilice la especificación del instrumento acabado y montado en su carcasa. El elemento de humedad SHT3x de Sensirion tarda 8 s en alcanzar el 63 % del cambio con un flujo de aire de 1 m/s. El módulo de CO₂ SCD4x del mismo fabricante incorpora un elemento de humedad y especifica 90 s para esta. La carcasa y el aire a su alrededor determinan la respuesta.

Las secciones de temperatura y humedad y calidad del aire del Directorio de dispositivos enumeran lecturas, unidades y rangos documentados para sensores de terceros, con fuentes de los fabricantes.

Ubicación de los sensores

Un sensor informa de las condiciones en su posición. Aléjelo de chorros de aire de impulsión, luz solar directa y puertas. Sepárelo de radiadores, equipos y el calor de su propia electrónica, salvo que eso sea precisamente lo que debe medir.

Para CO₂ en lugares de trabajo, HSE recomienda un monitor NDIR a la altura de la cabeza, a más de 50 cm de las personas y lejos de ventanas, puertas y bocas de impulsión. También recomienda tomar varias lecturas a lo largo del día con la sala ocupada. Indica que los espacios grandes suelen necesitar más de un punto de muestreo. Pruebe varias posiciones con un monitor portátil antes de fijar el definitivo.

Cada error habitual de ubicación deja una señal en la tendencia:

Dióxido de carbono y ventilación

HSE indica que un CO₂ persistentemente superior a 1.500 ppm en una sala ocupada señala mala ventilación y requiere actuar para mejorarla. Esa cifra es un indicador de ventilación, no un límite universal de seguridad. El límite de exposición laboral al CO₂ de la guía EH40 de HSE es 5.000 ppm como media de 8 horas. Como referencia, 1.000 ppm equivalen aproximadamente a 10 litros de aire exterior por segundo y persona. El aire exterior contiene ahora algo más de 420 ppm.

El CO₂ refleja la ventilación solo cuando las personas son su fuente principal y el aire está mezclado. HSE señala los casos en que no funciona: salas con equipos de limpieza de aire, que eliminan contaminantes pero no CO₂; procesos que producen CO₂; espacios con ocupación irregular y áreas abiertas grandes donde no está claro el grado de mezcla. El documento de ASHRAE de junio de 2026 añade que los valores diferenciales de CO₂ de Standard 62.1 sirven para ventilación controlada según demanda, no son indicadores de la calidad global del aire interior.

Muchos módulos NDIR económicos corrigen su deriva mediante corrección automática de la línea base. Por defecto, el SCD4x de Sensirion supone que ve aire exterior a 400 ppm durante más de 3 minutos en cada semana de funcionamiento y utiliza la lectura mínima como referencia. Una sala que nunca ventila hasta alcanzar el nivel exterior incumple ese supuesto: una sala de control ocupada 24 horas, un almacén sellado o un laboratorio con una fuente de CO₂. La corrección toma el mínimo de la propia sala como referencia exterior y el sensor termina leyendo cada vez por debajo del valor real.

Para detectarlo, observe el mínimo nocturno o del fin de semana. En una oficina ventilada cuando está vacía, baja hasta cerca del nivel exterior cada semana. Donde nunca ocurre, desactive la corrección automática y calibre de nuevo con un instrumento de referencia.

Temperatura: aire, superficie e inmersión

Cada medio necesita una sonda y un montaje propios. Una sonda suspendida en el aire mide el aire, responde lentamente si está quieto y recibe radiación de las superficies cálidas o frías cercanas. Una sonda de tubería debe apoyarse plana en el tubo bajo el aislamiento; de otro modo lee un valor intermedio entre tubo y sala. Una sonda en un termopozo mide el fluido, pero la masa térmica del pozo ralentiza su respuesta.

El sensor de temperatura de sonda TES de EpiSensor utiliza un termistor NTC de 10k en cada sonda. Las sondas impermeables, con cable corto o de 1,5 m o 2,5 m, sirven para aire y líquidos de cámaras, neveras y depósitos. La sonda de tubería de acero tiene una punta aplanada de inoxidable para tuberías de ida y retorno. Su precisión es ±0,2 °C en el rango normal (de −20 a 70 °C para la impermeable) y ±0,5 °C de −40 a 105 °C. Una TES-22 lee dos sondas en canales separados, de modo que un dispositivo puede registrar ida y retorno de un mismo par de tuberías.

Una sonda de aire en una cámara frigorífica detecta cada apertura de puerta. Algunas instalaciones sumergen la sonda en una botella pequeña de glicol para que siga la temperatura de la mercancía y no la del aire. Si se hace, anótelo en la lista de puntos, porque una alarma de 8 °C significa algo distinto en cada montaje.

Los puntos de temperatura de proceso suelen usar un termómetro de resistencia Pt100 o Pt1000 con transmisor de 4-20 mA. Un Pt100 de clase B según IEC 60751 tiene una tolerancia de ±0,3 °C a 0 °C, que aumenta con la temperatura; la calculadora Pt100 y Pt1000 muestra cada clase. El transmisor se conecta mediante un sensor de señales analógicas ZIO. La guía de puesta en servicio de señales analógicas explica el escalado y las corrientes de fallo.

Humedad, punto de rocío y condensación

La condensación y el moho aparecen en las superficies. Una lectura de humedad de la sala solo responde a la mitad de la cuestión. Calcule el punto de rocío del aire y compárelo con la temperatura de la superficie más fría.

Una sala a 20 °C y 60 % de humedad relativa tiene un punto de rocío de 12,0 °C:

Un rincón frío a 14 °C está 2 K por encima del punto de rocío, así que no se forma agua allí. El aire junto a esa superficie está a aproximadamente 88 % de humedad relativa:

ISO 13788 utiliza una humedad superficial media mensual del 80 % como límite de diseño frente al moho. En esta sala, una superficie por debajo de 15,4 °C supera ese límite. El rincón corre riesgo mucho antes de mostrar agua visible.

Para monitorizarlo, coloque una sonda de contacto en el punto frío y otra de temperatura y humedad en el aire de la sala. Una medición calculada en Edge puede obtener la humedad relativa superficial a partir de las tres lecturas mediante una expresión. Un error del sensor de ±2 % de humedad relativa desplaza el punto de rocío aproximadamente ±0,5 K en condiciones ambientales; compruebe el sensor antes de confiar en un margen de 1 K.

Los sensores capacitivos de humedad se desplazan tras periodos largos con mucha humedad. La ficha SHT3x de Sensirion indica un desfase de +3 % de humedad relativa tras 60 horas por encima del 80 %, que se recupera lentamente al volver a condiciones normales. En una cámara frigorífica, zona de lavado o caja exterior, cabe esperar lecturas altas después de periodos húmedos.

Puntos exteriores

Cada punto exterior necesita una razón para su emplazamiento. Un sensor junto a una carretera, salida de gases o muelle de carga mide esa fuente. Un punto de fondo debe alejarse de todas. La guía de ubicación de la EPA sitúa los sensores de aire exterior aproximadamente entre 1 y 2 m (3 a 6 pies) sobre el suelo, con aire libre alrededor y lejos de edificios, vallas, vegetación, escapes y carreteras polvorientas.

Para la temperatura exterior, el Met Office mide a 1,25 m dentro de una garita Stevenson. Protege el termómetro del sol directo y la lluvia, y deja circular el aire por sus persianas. Sin una pantalla ventilada contra la radiación, un sensor al sol lee la temperatura de su propia carcasa.

Compruebe el grado de protección y el rango de funcionamiento frente a las condiciones de la instalación. La carcasa TES tiene IP67 y sus sondas IP68; funciona de −30 a 55 °C. La herramienta de grados IP explica los códigos. Una corrección determinada para una instalación no puede trasladarse sin más a otra. Conserve las lecturas originales y la corrección aplicada.

Calibración y deriva

Un registro de calibración identifica el instrumento, la referencia o certificado, el rango y las condiciones, la incertidumbre y la fecha. La trazabilidad metrológica es una cadena continua y documentada de calibraciones hasta una referencia. Indica cuánto se conoce el valor; usted aún debe decidir si basta para la decisión.

Dos sensores uno junto a otro muestran su diferencia relativa, deriva y retraso. Pueden coincidir y estar ambos equivocados; para comprobar la precisión se necesita una referencia trazable. Para sensores de aire exterior, la guía EPA describe una comparación junto a un monitor reglamentario, a menos de 20 m. Comprobaciones prácticas en campo:

• Sonda de temperatura: baño de punto de hielo con hielo triturado y agua a 0 °C.
• CO₂: instrumento de referencia calibrado junto al sensor o lectura exterior frente a unas 420 ppm.
• Humedad: higrómetro de referencia calibrado después de que ambos se estabilicen en el mismo lugar.

Fije el intervalo de revisión según la deriva de la ficha técnica y el coste de un valor erróneo. Sensirion indica para el SHT3x una deriva típica de humedad inferior a 0,25 % de humedad relativa por año. Para el SCD4x indica una deriva adicional de CO₂ de ±(5 ppm + 0,5 % de la lectura) por año después de los primeros cinco años. Revise tras mover el sensor o cambiar la instalación.

Tiempo de respuesta, muestreo y promediado

Cuatro duraciones determinan lo que puede mostrar una tendencia:

1. el tiempo de respuesta del sensor;
2. el intervalo local de muestreo;
3. el intervalo de comunicación por radio; y
4. el periodo de promediado de la pantalla o alarma.

El tiempo de respuesta del sensor es el límite inferior. Informar con más frecuencia no muestra un cambio que el sensor aún no ha detectado. Un módulo NDIR de CO₂ cuyo tiempo de respuesta al 63 % es de 60 s gana poco si informa cada 10 s.

Ejemplo: una sonda TES en una cámara frigorífica informa cada 15 minutos, intervalo en que se basa su estimación de batería de hasta diez años. Una puerta abierta durante 5 minutos puede coincidir entre dos informes y no aparecer nunca. Se detectará un fallo de compresor, pero la primera lectura por encima de 8 °C puede llegar hasta 15 minutos después de que el aire cruce ese umbral. Mantener la condición durante 15 minutos añade otros 15. Decida si 30 minutos son aceptables para la mercancía. Si no, reduzca el intervalo de comunicación y acepte menos duración de batería: comunicar más a menudo, trabajar a más frío o tener mala señal la acortan.

Mida el retraso de extremo a extremo con un cambio conocido. Pase la sonda del aire de la sala a un baño de punto de hielo y mida cuánto tarda el panel en mostrar el 63 % del cambio.

Calidad de datos y datos obsoletos

Conserve las lecturas originales y sus marcas temporales. Marque los valores sospechosos; nunca los sobrescriba ni rellene huecos con datos inventados. Compruebe unidades, zonas horarias y saltos repentinos físicamente imposibles.

Un punto obsoleto ha dejado de informar. Un punto bloqueado sigue informando siempre del mismo valor. Las causas son distintas: el primero suele deberse a la batería o a la radio; el segundo, a un fallo del sensor aunque su enlace parezca sano. Configure una regla de obsolescencia por punto, por ejemplo tras tres informes perdidos: 45 minutos si el intervalo es de 15 minutos. Marque una lectura que no cambie ni 0,01 °C durante varias horas en un espacio donde debería variar.

Edge muestra si cada dispositivo está conectado o desconectado y la hora del último informe. El estado de conexión es la visión del puente Zigbee; un valor almacenado puede seguir siendo antiguo. Compare la hora del último informe con el intervalo esperado.

Los valores calculados requieren igual atención. Por defecto, una medición calculada en Edge utiliza el último valor conocido de una entrada obsoleta. Para humedad superficial o una media de sala, configure la acción ante obsolescencia para suprimir la salida o excluir esa entrada; así un sensor averiado no seguirá alimentando el resultado.

Para las medias, establezca una regla de integridad y señale cuando un periodo no la cumple. La legislación europea de calidad del aire ofrece una referencia justificable: el anexo XI de la Directiva 2008/50/CE exige un 75 % de datos válidos para una cifra horaria (45 minutos) y 18 de 24 valores horarios para una media diaria.

Compruebe el enlace y la medición por separado durante la puesta en servicio. La prueba de enlace usa calidad de radio e informes perdidos en la vista de salud de red de Edge. La de medición compara la lectura con una referencia en el sensor. Un enlace fuerte entrega un valor incorrecto con la misma fiabilidad que uno correcto.

Alertas y control

Defina cada alerta con umbral, tiempo de mantenimiento, condición de rearme, destinatario y acción. Para la cámara frigorífica:

8 °C es el máximo legal para alimentos refrigerados en Inglaterra, Gales e Irlanda del Norte. La Food Standards Agency aconseja configurar los frigoríficos a 5 °C o menos para dejar margen a las variaciones. Sin tiempo de mantenimiento, cada entrega por la puerta dispara una alarma y el personal aprende a ignorarla. Sin banda de rearme de 1 K, una lectura cercana a 8,0 °C activa y desactiva la alarma en informes alternos.

Pruebe ambas alertas. Caliente la sonda para producir una excursión real y después quite la batería para provocar un fallo de comunicación. Una alerta inicia una investigación: una de humedad superficial exige comprobar el riesgo de moho y una de CO₂, comprobar la ventilación.

Si un sensor controla un ventilador, compuerta o válvula, decida qué hará el equipo cuando el valor quede obsoleto. Mantener la última salida, pasar a una posición segura fija como un mínimo de aire exterior o devolver el control local son opciones. Pruebe ese caso al poner en servicio el sistema, deteniendo el sensor.

Puesta en servicio y entrega

Al cabo de un año suelen faltar tres registros:

• una fotografía de cada sensor montado, que muestra el radiador o la ventana soleada que nadie anotó;
• cualquier desplazamiento o escalado configurado, porque un sensor de sustitución no lo heredará; y
• la fuente de reloj de cada dispositivo, porque un error de marca temporal parece un retraso de respuesta.

Conserve junto a ellos la lista de puntos, los certificados de calibración y los resultados de las pruebas de alertas.

Aplique una entrada conocida a cada sensor y sígala hasta el panel. Respire cerca del sensor de CO₂ y observe cómo sube. Coloque una sonda de temperatura en un baño de punto de hielo. Confirme que el valor y su marca temporal llegan a Edge, al historial almacenado y al panel.

Revise la lista de puntos cuando cambien el uso de la sala, su ocupación, ventilación, montaje, firmware o finalidad de la alarma. Continúe con el plan de aplicación de monitorización ambiental interior o diseñe un sistema.