Univalle obtiene patente por detector portátil de gases para monitorear la calidad del aire

Ruinas de la planta de Union Carbide en Bhopal, donde una fuga de isocianato de metilo (MIC) desencadenó uno de los peores desastres industriales de la historia. Tomado de Wikipedia.

La Universidad del Valle obtuvo una patente de invención por el desarrollo de un detector de gases portátil que utiliza espectroscopia de absorción óptica para identificar compuestos presentes en el aire y estimar su concentración.

Desarrollado por los investigadores Carlos Augusto Galíndez Jamioy, Fiderman Machuca Martínez, Jaime Humberto Lozano Parada y Efraín Solarte Rodríguez, el dispositivo puede detectar concentraciones del orden de una parte por millón (1 ppm) de toda clase de sustancias presentes en el aire.

Por su portabilidad, sensibilidad y bajo costo, esta tecnología tiene potencial para ampliar el acceso a sistemas de monitoreo de la calidad del aire en diferentes entornos, contribuyendo a mejorar la calidad de vida de las personas y la seguridad de los procesos industriales y ambientales.

¿Por qué es importante detectar gases en el aire?

El 3 de diciembre de 1984, una nube tóxica de isocianato de metilo (MIC) cubrió la ciudad india de Bhopal, provocando miles de muertes y dejando graves consecuencias para la salud y el medioambiente que persisten hasta hoy. Tomadas de humanite.fr y BBC.

Detectar oportunamente gases presentes en el ambiente puede ser determinante para salvar vidas y garantizar la calidad y seguridad de procesos industriales.

Uno de los hechos más graves que evidencia esta importancia ocurrió en la madrugada del 3 de diciembre de 1984, cuando una fuga de isocianato de metilo (MIC) en una planta de producción de plaguicidas cubrió con una nube tóxica la ciudad de Bhopal, India. El desastre causó la muerte de 20.000 personas y dejó consecuencias ambientales y sociales que persisten hasta hoy.

Más allá de las emergencias industriales, la contaminación atmosférica constituye un problema cotidiano de salud pública. Según la Organización Mundial de la Salud (OMS), cerca del 99 % de la población mundial respira aire que no cumple sus directrices de calidad, lo que está asociado a siete millones de muertes prematuras cada año. Además, para la ONU, la contaminación atmosférica es el principal riesgo ambiental para la salud humana y es un factor clave para la protección de los ecosistemas y la mitigación del cambio climático.

Por eso, monitorear qué sustancias están presentes en el aire y en qué concentraciones es fundamental en todos los contextos: desde la gestión ambiental y la investigación científica hasta la industria y los laboratorios.

Para hacerlo, existen tecnologías como los analizadores por espectroscopia óptica, los sensores electroquímicos, los detectores de fotoionización y los analizadores infrarrojos. Sin embargo, dependiendo de la aplicación, estos sistemas pueden tener costos elevados, requerir infraestructura especializada o estar diseñados para detectar determinados contaminantes.

Estas características pueden dificultar su uso en campo o en lugares con recursos técnicos y económicos limitados.

Una celda óptica para detectar gases

Los dispositivos portátiles de detección de gases pueden tener costos elevados y presentar limitaciones para determinadas aplicaciones de campo. Tomado de krugerschool.eduflix.com.ec.

Precisamente para superar estas limitaciones, los investigadores Carlos Augusto Galíndez Jamioy, Fiderman Machuca Martínez, Jaime Humberto Lozano Parada y Efraín Solarte Rodríguez desarrollaron la Celda Espectrofotométrica de Absorción de Luz para Detección de Gases Recubierta con un Material Reflector, un sistema portátil y de bajo costo para detectar sustancias presentes en el aire.

“La idea inicial era crear un instrumento para el laboratorio que fuera capaz de detectar ozono en bajas concentraciones. Sin embargo, a medida que avanzamos en el desarrollo, nos dimos cuenta del potencial del dispositivo”, contó Carlos Galíndez, profesor del Departamento de Física de Univalle y líder del equipo inventor.

¿Cómo funciona?

El profesor Carlos Augusto Galíndez Jamioy fue el líder del equipo inventor. Suministrada por el autor.

La tecnología desarrollada se basa en la espectroscopia de absorción óptica, una técnica que permite identificar sustancias a partir de la manera en que interactúan con la luz.

“Cada molécula tiene determinados niveles de energía que solo pueden ser excitados por fotones con una energía específica. Por eso absorbe únicamente ciertas longitudes de onda y deja pasar las demás, dejando una especie de huella única que facilita su identificación”, explicó Galíndez.

Para aprovechar este fenómeno, el dispositivo integra una celda esférica de vidrio recubierta con nitrato de plata, un LED, un sistema de conducción de luz mediante fibra óptica, un fotodetector y un microcomputador.

“La esfera es el lugar donde se introduce la muestra y donde ocurre la interacción entre la luz y las diferentes sustancias existentes en el aire”, señaló el investigador.

Una vez que la muestra ingresa a la celda, el LED emite luz que es conducida por una fibra óptica hasta el interior de la esfera. Allí, el recubrimiento de nitrato de plata actúa como reflector, haciendo que la luz rebote múltiples veces en este pequeño espacio.

“Estos rebotes aumentan el recorrido óptico, lo que incrementa las probabilidades de interacción entre la luz y las sustancias presentes en la muestra. Así, los compuestos absorben una mayor cantidad de radiación y dejan una huella espectral más fácilmente detectable. Esto es clave para hacer la celda más pequeña sin perder sensibilidad y lograr que el sistema sea portátil”, explicó el investigador.

De la señal luminosa a la identificación del gas

Después de atravesar la celda, la luz es captada por otra fibra óptica y conducida hasta un fotodetector, que registra su intensidad y la convierte en una señal eléctrica. Esta información es enviada al microcomputador, que ejecuta algoritmos de análisis diferencial óptico.

“En el análisis diferencial óptico se compara la señal registrada con la emitida originalmente por la fuente de iluminación y se identifican las longitudes de onda absorbidas por las sustancias presentes en la muestra”, explicó Galíndez.

Este procesamiento también permite reducir interferencias asociadas con fenómenos como la dispersión de la luz y contrastar el espectro obtenido con una biblioteca de espectros de referencia.

De esta manera, el sistema puede identificar los compuestos presentes en la muestra y estimar sus concentraciones.

Esquema de la arquitectura de la Celda Espectrofotométrica de Absorción de Luz para Detección de Gases Recubierta con un Material Reflector.

Sensibilidad, portabilidad y bajo costo

Una de las principales características del dispositivo es su sensibilidad. De acuerdo con los investigadores, el sistema puede detectar concentraciones del orden de una parte por millón (1 ppm) de sustancias presentes en el aire.

“Es una sensibilidad muy alta, suficiente para monitorear la calidad del aire en procesos de gestión ambiental, industriales y en laboratorios”, destacó Galíndez.

La tecnología también se caracteriza por su versatilidad. Mediante ajustes en la fuente de iluminación y la calibración del análisis diferencial óptico, el sistema es capaz de identificar cualquier tipo de compuesto gaseoso.

“Todo esto en un dispositivo muy económico y compacto. En su construcción se utilizan materiales muy comunes, como el vidrio, y en cantidades muy bajas, precisamente porque el equipo es de pequeñas dimensiones. Por ejemplo, la celda tiene ocho centímetros de diámetro y el resto del sistema puede caber en una maleta”, señaló el investigador.

Esta combinación de sensibilidad, portabilidad, versatilidad y bajo costo podría facilitar el acceso a sistemas de monitoreo de gases en escenarios donde las soluciones convencionales resultan difíciles de implementar, tanto por sus costos como por las características físicas de los entornos.

Una tecnología con potencial para el monitoreo del aire

El dispositivo podría contribuir a hacer más accesibles las tecnologías de monitoreo de la calidad del aire en diferentes contextos. Tomado de inocua.edu.pe.

El desarrollo podría encontrar aplicaciones en diferentes ámbitos, entre ellos:

• Gestión ambiental: monitoreo de sustancias presentes en el aire.
• Procesos industriales: seguimiento de gases y apoyo a la seguridad de las operaciones.
• Laboratorios: detección de compuestos en muestras gaseosas.
• Trabajo de campo: mediciones en lugares donde el tamaño y la infraestructura disponible son limitantes.

“El detector podría hacer más económicos estos sistemas de gestión de la calidad del aire y facilitar su integración en toda clase de escenarios, desde la industria hasta espacios tradicionalmente no monitorizados, como colegios o lugares de trabajo. Esto contribuiría a la toma de decisiones orientadas a mitigar la contaminación atmosférica en estos espacios y, con ello, a mejorar las condiciones de vida de las personas y fortalecer la calidad y la seguridad de los procesos industriales”, afirmó Galíndez.

Una patente que reconoce la innovación

El carácter innovador de esta tecnología fue reconocido con la concesión de una patente de invención a la Universidad del Valle por parte de la Superintendencia de Industria y Comercio de Colombia, mediante la Resolución No. 57684 del 18 de marzo de 2026.

“La patente reconoce la innovación del dispositivo, principalmente por la combinación de la celda esférica con el recubrimiento reflectivo, que permite reducir el tamaño de la cavidad sin perder sensibilidad. Aunque parece sencillo, este diseño es inédito”, explicó Galíndez.

Más allá del reconocimiento a la innovación, la patente representa un paso en la consolidación de una tecnología desarrollada desde la universidad con potencial de aplicación en problemas concretos del entorno.

“Esto es muy valioso y motivante, pues demuestra que se pueden crear soluciones locales a problemas locales. Y esto es una invitación a los industriales que tengan retos de este tipo para que confíen y busquen ayuda en nuestras universidades, que son capaces de producir soluciones eficientes y movilizar el sector”, concluyó el investigador.

Por este logro, la Facultad de Ingeniería de la Universidad del Valle felicita a Carlos Augusto Galíndez Jamioy, Fiderman Machuca Martínez, Jaime Humberto Lozano Parada y Efraín Solarte Rodríguez, y los anima a continuar desarrollando soluciones que amplíen las fronteras de la ingeniería y contribuyan a enfrentar los desafíos del sector productivo y de la sociedad.