MONITORAMIENTO DE LA CALIDAD DE AIRE EN AMBIENTESCERRADOS Y ABIERTOS DE UN DEPARTAMENTO DOMICILIARIO

Daniel Reátegui Reátegui – leinad_reat@hotmail.comUFRGS, Departamento de Materiais. Av. Bento Gonçalves 9500. Predio 74. Sala 119. Bairro

Universidad Nacional de Trujillo. Facultad de Ingeniería Química. Escuela de Ingeniería Ambiental.Av. Juan Pablo II s/n. Ciudad Universitaria – Trujillo – Perú.

Daniel Enrique Horna Hernández – daniel_zoid@hotmail.com

Universidad Nacional de Trujillo. Facultad de Ingeniería Química. Escuela de Ingeniería Ambiental.Av. Juan Pablo II s/n. Ciudad Universitaria – Trujillo – Perú.

Ruth Marlene Campomanes Santana – ruth.santana@ufrgs.br

Resumen: El trabajo tuvo como objetivo principal realizar el monitoreo de la calidad de aire enambientes cerrados y abiertos de un departamento domiciliario ubicado en una ciudad al sur deBrasil. Para ello se midieron la concentración de poluentes como CO2 y CO, además de parámetroscomo temperatura y humedad relativa. El número de ambientes evaluados fue cuatro y la cantidad depersonas en cada uno de ellos al momento de cada prueba, estuvo condicionado por la función quecumplía en el departamento. Los resultados obtenidos fueron comparados con la legislaciónbrasileña sobre la Calidad de Aire Interior y con The Bau-Biology Standard para el CO2. Losresultados demostraron que la concentración de CO2 fue mayor cuando el ambiente estuvo cerradoalcanzando valores de 2000 a 7000 ppm, debido a la ausencia de flujo de aire; y cuando losambientes estuvieron abiertos, la cantidad de CO2 en estos siempre fue mayor que la concentraciónde CO2 atmosférico (500-600 ppm) lo que a largo plazo disminuirá la calidad del aire interior puesesta continua en aumento.

Palabras clave: Monitoramiento, dióxido de carbono, ambiente cerrado, ambiente abierto,

Abstract: The main objective of this investigation was evaluating the quality of air in closed andopened environments of an apartment in a city located to south of Brazil. For this CO2 and CO weremeasured and also parameters like temperature and %RH. The number of evaluated environmentswas four and amount of individual in every space was conditioned according to function of them inthe apartment. Results were compared to Brazilian Legislation about quality indoor air and The Bau-Biology Standard for CO2. Results showed that CO2 concentration was higher when environmentswere closed, getting dates of 2000 to 7000 ppm, by absence of air flow; and when environments wereopened, the amount of CO2 indoor always were smaller than CO2 atmospheric (500-600 ppm), whichwill decrease the quality indoor air because it keeps increasing.

Keywords: Monitoring, carbon dioxide, closed environments, opened environments.

1. INTRODUCCIÓN

El dióxido de carbono (CO2) no es sólo un gas que afecta el flujo de calor hacia y desde laatmósfera de la tierra participando en lo que comúnmente se conoce como efecto invernadero, tambiénes un gas fisiológicamente importante para el cuerpo humano producido como resultado delmetabolismo celular y que puede causar asfixia mediante la sustitución de oxígeno1. Como

UFRGS, Departamento de Materiais. Porto Alegre–RS.

UFRGS, Departamento de Materiais. Porto Alegre–RS.

Agronomia. CEP: 91501-970 – Porto Alegre–RS .

componente normal del aire exhalado, el dióxido de carbono es medido como una herramienta dedetección para evaluar si los volúmenes adecuados de aire fresco del exterior están introduciéndose enel aire interior de un ambiente2. Su peso molecular es 44 g/mol, lo que significa que es más pesado queel aire y se instala fácilmente cuando se acumula en la ausencia de turbulencia. Así, pozos, silos,tanques, buques, cargamentos y bodegas pueden contener cantidad excesiva de CO2

3.

No se conoce que en los últimos 40.000 años el CO2 haya sobrepasado el valor de 320 partes pormillón (ppm)4 pero actualmente el nivel al aire libre de dióxido de carbono es por lo general de 380ppm a 400 ppm5 y según la tasa de incremento actual, por métodos de extrapolación de los resultadosobtenidos de la medición de CO2 en el observatorio Mauna Loa, la cantidad de CO2 podría llegar adoblar los niveles actuales en el año 20506.

Aunque el nivel de trabajo seguro de dióxido de carbono es actualmente fijado en 5000 ppm para undía de trabajo de 8 horas y 40 horas semanales7, ningún ser humano soporta tal nivel de dióxido decarbono en la atmósfera durante 24 horas al día y 365 días al año, además que jamás ningún serhumano ha creado descendencia en estas condiciones. La exposición en estos casos es intermitente yse ha demostrado que el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera en la que los seres humanospueden sobrevivir indefinidamente, es mucho menor de lo esperado8.

El nivel de dióxido de carbono es normalmente mayor en el interior de un edificio que en el exterior.Si los niveles de dióxido de carbono de interior son más de 1000 ppm, es probable que haya unaventilación inadecuada, y síntomas como dolores de cabeza, fatiga, irritación de los ojos y la gargantapueden ser frecuente8. Los edificios con ventilación adecuada, deben tener niveles de dióxido decarbono entre 600 ppm y 1000 ppm en un piso y en promedio 800 ppm o menos en el edificio. Si semantienen niveles promedio de dióxido de carbono dentro de un edificio a menos de 800 ppm, conniveles de humedad y temperatura apropiada, las manifestaciones incómodas acerca de la calidad delaire interior deben reducirse al mínimo9.

Actualmente la legislación brasilera considera que puede existir una concentración de CO2 de 1000ppm como límite máximo en el aire interior de un ambiente, y que debe mejorar la ventilación sipudieran exceder esos valores10, sin embargo el contenido de CO2 no debería pasar de forma duraderael 0.07 % (700 ppm) 11. Al abordar la cuestión de ventilación hay que tener en cuenta que en lasgrandes ciudades el contenido de CO2 del aire es bastante más elevado que en un entorno rural y puederesultar difícil mantener dicho contenido de forma prolongada por debajo de los 700 ppm en el interiorde la vivienda.

Por tanto, en este trabajo se realizó mediciones de CO2 en ambientes cerrados y abiertos en undepartamento domiciliar con un máximo de tres personas, quienes fueron distribuidos según el espacioque pueden ocupar en una determinada área del departamento con el objetivo de cuantificar lacantidad de CO2 generado, analizar las implicancias que puede tener el vivir en ambientes malventilados y las consecuencias futuras debido al creciente aumento de la concentraciones de CO2 en laatmosfera.

2. MATERIALES Y MÉTODOS

Las mediciones de CO2 fueron realizados en cuatro ambientes de un departamento ubicado en unaciudad al sur de Brasil y con un máximo de 3 personas. También fue medido la cantidad de monóxidode carbono (CO), la temperatura (T) y la humedad relativa (%HR). Estas mediciones fueron puntualeslocalizados en lugares céntricos de cada ambiente a una altura promedio de 1.50 m, realizados enausencia de ventilación (cerrado) y con ventilación (abierto), a través de un instrumentomultifuncional (termo higrómetro y detector de gases) marca Instrutemp modelo 77597. Lascaracterísticas de cada ambiente (sala) se muestran en la tabla 1, la distribución de los espacios en laFigura 1 y la vista de cada sala en la Figura 2. El número de personas por sala de prueba estuvocondicionada a la función que cumple en el departamento y se presentan en la tabla 1. La toma de

datos en cada sala fue realizada cada 5 minutos excepto las mediciones en ambiente cerrado de la sala2 donde se realizó cada 15 minutos.

Tabla 1. Características de los salas de prueba para monitorear CO2

Ambiente de Prueba Función endepartamento

dimensionesm x m Área (m2) Personas en la

mediciónSala 1 Lavandería 1.55 x 0.81 1.2555 1Sala 2 Cocina 1.55 x 2.75 4.2625 2Sala 3 Dormitorio 1 2.57 x 4.66 11.9762 3Sala 4 Dormitorio 2 2.57 x 3.06 7.8642 2

Fig 1. Distribución de los espacios en el departamento de análisis. Las unidades se presentan enmetros lineales.

Fig 2. Vista de las salas monitoreadas: a) Sala 1, b) Sala 2, c) Sala 3 y d) Sala 4.

a) b)

c) d)

3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN

En la Figura 3 de la sala 1, la mayor concentración alcanzada en ambiente cerrado con una solapersona fue de 1500 ppm registrado a los 25 minutos. Después de ese tiempo la concentración de CO2descendió alcanzando valores constantes entre 1150 y 1200 ppm. Esta sala (lavandería) es la que tuvomayor de ventilación comparada en relación al pequeño espacio que posee frentes a las otras salas (verFigura 2-a), así que es seguro que existió difusión de aire debido a que la prueba en esta sala fuerealizado dos veces y registró comportamientos similares. Con respecto al monitoreo en ambienteabierto (ventilado), este presentó niveles constantes de CO2 en un rango de 500 a 600 ppm.

Fig 3. Concentración de CO2 en la sala 1 monitoreado el 04/03/14. Tanto la medición en ambientecerrado como abierto fueron realizados en el mismo día.

Los resultados obtenidos en la sala 2 (cocina) que se muestran en la Figura 4, registraronconcentraciones muy elevadas de CO2 llegando a superar los 7000 ppm a los 45 minutos de prueba.En esta prueba solo hubo dos personas así que la mayor contribución de CO2 se debió a la combustióndel gas natural usado en la cocina, pues la experimentación se realizó cocinando. Además fuedetectada la generación de CO, en una concentración máxima de 7 ppm. Otro factor detectado quemostró gran variación fue la humedad relativa, ya que el ambiente cerrado favoreció la saturación delmedio, por ello la HR alcanzo el 99.9 %.

Fig 4. Concentración de CO2 en la sala 2 monitoreado el día 04/03/14 en ambiente cerrado y el05/03/14 en ambiente abierto.

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

0 10 20 30 40 50

Con

c en

t rac

i ón

de

CO

2 e

n p

pm

Tiempo (min)

Abier to (9:20 -10:10)Cerrado (8:20 - 9:10)

Sala 1 (04/03/14)T = 25-26 °C , %HR = 78-85

0

1000

2000

3000

4000

5000

6000

7000

8000

0 10 20 30 40 50 60

Conc

ent r

ació

n de

CO

2 e

npp

m

Tiempo (min)

Abierto (14:30 -15:30)

Cerrado (20:15 - 21:15)

Sala 2Abierto (05/03/14) T = 27-29 °C , %HR = 71 - 80.

Cerrado (04/03/14) T = 29-31 °C , %HR = 99.9

La práctica de cocinar en ambientes totalmente cerrados (pobre ventilación) eleva la concentración deCO2 como de CO y puede ser peligrosa para la salud humana, causando síntomas como dolor decabeza, fatiga e irritación de ojos y gargantas que pueden ser frecuentes8. La ventilación de la cocinadisminuye considerablemente los niveles de CO2 alcanzados en ambiente cerrado, pero aun así fueobtenido valores próximos a los 1000 ppm, pero en días con poca corriente de aire, los niveles de CO2pueden sobrepasar estos límites.

Tanto la sala 3 (dormitorio 1) como la sala 4 (dormitorio 2) presentaron tendencias similares como seobserva en las Figuras 5 y 6, a pesar que fueron realizados durante horas y días distintos con diferentecantidad de personas. En ambos los niveles de CO2 en ambiente abierto se concentró en un rango de400 – 600 ppm, y cuando el monitoreo fue realizado en ambientes cerrados los resultados obtenidosfueron cercanos a 2000 ppm. Además, tanto en la sala 3 como 4 puede observarse que la cantidad deCO2 puede seguir aumentando en función del tiempo de permanencia de las personas.

Fig 5. Concentración de CO2 en la sala 3 monitoreado el día 04/03/14 en ambiente cerrado y el08/03/14 en ambiente abierto.

Fig 6. Concentración de CO2 en la sala 4 monitoreado el día 04/03/14 en ambiente cerrado y el05/03/14 en ambiente abierto.

0

500

1000

1500

2000

2500

0 10 20 30 40 50

Conc

ent r

ació

n de

CO

2 e

n pp

m

Tiempo (min)

Abierto (16:40 -17:30)Cerrado (15:50 - 16:40)

Sala 3Abierto (08/03/14) T = 24-25 °C , %HR = 68-71Cerrado (04/03/14) T = 26-27 °C, %HR = 64-75

0

500

1000

1500

2000

2500

0 10 20 30 40 50

Conc

ent r

aci ó

n de

CO

2 e

n pp

m

Tiempo (min)

Abierto (16:10 -17:00)

Cerrado (21:20 - 22:10)

Sala 4Abierto (05/03/14) T = 26-27 °C , %HR = 69-71

Cerrado (04/03/14) T = 27 °C, %HR = 80-87

Cuando comparamos los resultados obtenidos en todas las salas en condiciones de ambiente abiertocon la legislación brasileña10 encontramos que ninguna supera considerablemente los 1000 ppm de lanormativa sobre la calidad de aire interior. Cuando comparamos los mismos resultados con The Bau-Biology Standard para el CO2 (Ver anexo 1), publicado en 1992 en Living Spaces and Health y quepresenta niveles de CO2 direccionados a la salud en el hogar, se encontró que la concentración de CO2en la sala 2 alcanzó el rango de 700 – 1000 ppm caracterizado como una zona de cambio significativo(Significant Change) y que es clasificado como zona de riesgo. En tanto las demás salas presentaronconcentraciones entre 500 – 600 ppm en ambiente abierto caracterizándose como zonas de PequeñosCambios (Slightly Change) y que clasifica como vulnerables a individuos con problemas respiratoriosy sensibles.Se observó que todas las mediciones fueron realizadas considerando una concentración de CO2constante en la atmósfera y que para febrero del 2014 fue de 398.3 ppm según las mediciones delObservatorio en el Mauna Loa12. Cuando fue observado los niveles obtenidos en todas las salas enambiente abierto estos valores se ubicaron entre 500 - 600 ppm para una concentración atmosférica de398.3 ppm y cuando sea el doble las concentraciones en el aire interior podrían alcanzar los 1000 ppmdiariamente en estos ambientes perjudicando el pH de la sangre el cual se volverá más ácido (Veranexo 2).

4. CONSIDERACIONES FINALES

Según los resultados obtenidos en este estudio, se concluye que es más perjudicial para lasalud humana habitar en lugares que se encuentran totalmente cerrados, pues la nula o baja ventilaciónen ambientes cerrados acaba promoviendo un efecto acumulativo de CO2 empeorando la calidad delaire y aumentando la probabilidad de riesgo. Además el peso molecular del CO2 es mayor que la delaire, por lo que en ausencia de flujos de aire tiende a ubicarse en zonas bajas cercanas a la superficiepudiendo afectar más a los niños que a los adultos. Por añadidura el aumento de CO2 estácontribuyendo cada día, no solo al calentamiento global, sino también al aumento de este componenteen el aire interior y que a largo plazo tendrá incidencias sobre la salud humana.

Referencias Bibliográficas

1. Langford NJ. Carbon dioxide poisoning. Toxicol Rev 2005; 24: 229–35.

2. ASHRAE 62.1-2010 Standard 62.1-2010 -- Ventilation for Acceptable Indoor Air Quality(ANSI Approved)

3. Williams HI. Carbon dioxide poisoning report of eight cases, with two deaths. Br Med J 1958;2: 1012–4.

4. Neftal, A., Oeschger, H., Schwander, J., Steuffer, B. and Zumbrunn,R., Ice core samplemeasurement gives atmospheric CO2 content over the past 40,000 yr. Nature, 1982, 295, 220–223.

5. Carbon Dioxide: Projected emissions and concentrations .Disponible en: http://www.ipcc-data.org/observ/ddc_co2.html. Consultado 03/03/2014 a las 13:40 horas.

6. Keeling, C. D. and Whorf, T. P., Atmospheric carbon dioxide record from Mauna Loa. Periodof record 1958–2003. Carbon Dioxide Research Group, Scripps Institution of Oceanography,University of California.

7. Carbon Dioxide. Disponible en:https://www.osha.gov/dts/chemicalsampling/data/CH_225400.html. Consultado 05/03/2014 a las15:00 horas.

8. D. S. Roberson. Health effects of increase in concentration of carbon dioxide in theatmosphere. Current Science, vol. 90, N°. 12, 2006: 1607-07.

9. Illinois Department of Public Health Guidelines for Indoor Air Quality. Disponible en:http://www.idph.state.il.us/envhealth/factsheets/indoorairqualityguide_fs.htm. Consultado: 05/03/2014a las 19:25 horas.

10. ANVISA. Disponible en:http://portal.anvisa.gov.br/wps/wcm/connect/d094d3004e5f8dee981ddcd762e8a5ec/Resolucao_RE_n_09.pdf?MOD=AJPERES. Consultado 03/03/2014 a las 18:30 horas.

11. Paula Baker-Laporte, Dr. Erica Elliott, John Banta. A Healthy House. 3era Edicion. NewSociety Publishers.2008. 206 p.

12. Atmospheric CO2 for February 2014. Preliminary monthly average as of March 5,2014(Mauna Loa Observatory: NOAA-ESRL). Disponible en: http://co2now.org/. Consultado:11/03/2014 a las 16:30 horas.

ANEXO 1: The Bau-Biology Standard para el CO2

Fuente: Paula Baker-Laporte, Dr. Erica Elliott, John Banta. A Healthy House. 3era Edicion. New SocietyPublishers.2008. 206 p.

ANEXO 2: Change in blood pH with rising concentration of carbon dioxide in the atmosphere

Fuente: D. S. Roberson. Health effects of increase in concentration of carbon dioxide in the atmosphere. CurrentScience, vol. 90, N°. 12, 2006: 1608 p.