IoT system for CO₂ measurement in urban areas: A systematic approach

  • José Andrés Nicolalde López Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Sangolquí | Ecuador
  • Luis Miguel Acevedo Heredia Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Sangolquí | Ecuador
  • Lenin Daniel Ruales Franco Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Sangolquí | Ecuador
Keywords: Internet of Things (IoT); Urban CO₂; Low-Cost NDIR Sensors; LoRaWAN; NB-IoT; Calibration and Validation; Air Quality; Urban Digital Twins.

Abstract

The concentration of carbon dioxide (CO₂) in urban areas constitutes a key environmental challenge, given the impact of mobile and industrial emissions and the complexity of urban microclimates. In this context, IoT systems utilizing low-cost sensors, connectivity architectures like LoRaWAN and NB-IoT, and cloud analysis platforms emerge as a complementary alternative to traditional regulatory networks. This systematic review, developed following the PRISMA 2020 guidelines, analyzed studies published between 2015 and 2025 in databases such as Scopus, IEEE Xplore, ACM Digital Library, and ScienceDirect, applying strict inclusion and exclusion criteria. Out of 125 initial records, 15 studies were selected for qualitative synthesis and 10 for meta-analysis. Results indicate that low-cost NDIR sensors achieve accuracies of 8–12 ppm after calibration and co-location processes, while eCO₂ sensors derived from VOCs lack reliability for urban decision-making. LoRaWAN proved to be the most energy-efficient option, although NB-IoT demonstrated greater robustness in high-interference scenarios. Heterogeneity in performance metrics and a lack of standardized interoperability protocols were evident. The review concludes that IoT systems offer advantages in cost and scalability but require improvements in calibration, quality assurance, and their integration with predictive models and digital twins to enhance their value for urban public policies.

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Author Biographies

José Andrés Nicolalde López, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Sangolquí | Ecuador

Master en docencia universitaria, Ingeniero en Mecatrónica Docente en la Unidad de Admisión de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE.

Luis Miguel Acevedo Heredia, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Sangolquí | Ecuador

Ingeniero en Electrónica y Telecomunicaciones, Docente en la Unidad de Admisión de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE, interesado en diseño de redes GPON-FTTH y proyectos para instalación y reestructuración de redes.

Lenin Daniel Ruales Franco, Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE | Sangolquí | Ecuador

Master en Ingeniería de Producción, ingeniero en Mecatrónica, Docente  de Física y Mecatrónica. Con experiencia en nivelación académica y capacitación técnica. Actualmente Coordinador del área de Física en la Unidad de Admisión de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE y docente en la carrera de Pedagogía de la Mecatrónica en la Universidad Tecnológica Empresarial de Guayaquil UTEG. Interesado en didáctica de la ciencia, integración de la tecnología en la educación y desarrollo de proyectos de automatización.

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Published
2025-10-01
How to Cite
Nicolalde López, J. A., Acevedo Heredia, L. M., & Ruales Franco, L. D. (2025). IoT system for CO₂ measurement in urban areas: A systematic approach. Religación, 10(47), e2501555. https://doi.org/10.46652/rgn.v10i47.1555