Qué es la presión parcial de oxígeno y cómo se calcula?

El principio de funcionamiento del sensor de O₂ de dióxido de circonio consiste en medir la presión parcial del oxígeno en una mezcla de gases. Esto suele generar confusión entre los clientes de PST, ya que la mayoría de los sensores de oxígeno del mercado miden la concentración de oxígeno.

Pero, ¿qué es la presión parcial? Es una pregunta que nos hacen con frecuencia cuando se trata del principio de funcionamiento del sensor de O2. En este artículo, abordaremos la definición de presión parcial, la física que hay detrás, cómo se calcula la presión parcial y cómo convertir la presión parcial de oxígeno en contenido volumétrico para aquellos interesados en la concentración de oxígeno.

Presión parcial: la definición

La presión parcial se define como la presión de un único componente gaseoso en una mezcla de gases. Corresponde a la presión total que ejercería ese único componente gaseoso si ocupara por sí solo todo el volumen.

La ley de Dalton: la física

La teoría del principio de funcionamiento del sensor de O2 se detalla aquí. La presión total (P_total) de una mezcla de gases ideales es igual a la suma de las presiones parciales (P_i) de los gases individuales de dicha mezcla.

De la ecuación 1 se deduce que la relación entre el número de partículas (n_i) de un componente gaseoso individual y el número total de partículas (n_total) de la mezcla gaseosa es igual a la relación entre la presión parcial (Pi) del componente gaseoso individual y la presión total (P_total) de la mezcla gaseosa.

ni	Número de partículas en el gas
ntotal	Número total de partículas
pi	Presión parcial del gas i
Ptotal	Presión total

Ejemplo 1:

La presión atmosférica al nivel del mar (en condiciones atmosféricas estándar) es de 1013,25 mbar. En este caso, los principales componentes del aire seco son el nitrógeno (78,08 % vol.), el oxígeno (20,95 % vol.), el argón (0,93 % vol.) y el dióxido de carbono (0,040 % vol.). El contenido volumétrico (%) puede equipararse al número de partículas (n), ya que los gases mencionados pueden aproximarse como gases ideales.

La ecuación 2 puede resolverse para la presión parcial de un gas individual (i) y se obtiene:

La presión parcial de oxígeno se equipara entonces a:

Por supuesto, este valor solo es relevante cuando la atmósfera está seca (0 % de humedad). Si hay humedad presente, una parte de la presión total corresponde a la presión del vapor de agua. Por lo tanto, la presión parcial de oxígeno (ppO₂) se puede calcular con mayor precisión cuando se miden la humedad relativa y la temperatura ambiente junto con la presión barométrica total.

En primer lugar, se calcula la presión del vapor de agua:

WVP	Presión de vapor de agua (mbar)
HRel	Humedad relativa (%)
WVPmax	Presión máxima de vapor de agua (mbar)

Para una temperatura ambiente conocida, la presión máxima de vapor de agua (WVP_max) puede determinarse a partir de la tabla de consulta que figura a continuación. La presión máxima de vapor de agua también se conoce como punto de rocío. El aire más cálido puede contener más vapor de agua y, por lo tanto, tiene una WVP_max más alta.

Temperatura (°C)	Presión máxima de vapor de agua (mbar)	Temperatura (°C)	Presión máxima de vapor de agua (mbar)
0	6,1	31	44,92
1	6,57	32	47,54
2	7,06	33	50,3
3	7,58	34	53,19
4	8,13	35	56,23
5	8,72	36	59,42
6	9,35	37	62,76
7	10,01	38	66,27
8	10,72	39	69,93
9	11,47	40	73,77
10	12,27	42,5	84,19
11	13,12	45	95,85
12	14,02	47,5	108,86
13	14,97	50	123,86
14	15,98	52,5	139,5
15	17,04	55	457,42
16	18,17	57,5	177,25
17	19,37	60	199,17
18	20,63	62,5	223,36
19	21,96	65	250,01
20	23,37	67,5	279,31
21	24,86	70	311,48
22	26,43	75	385,21
23	28,11	80	473,3
24	29,82	85	577,69
25	31,66	90	700,73
26	33,6	95	844,98
27	35,64	100	1013,17
28	37,78	110	1433,61
29	40,04	120	1988,84
30	42,42	130	2709,58

La presión parcial de oxígeno se calcula entonces como:

ppO2	Presión parcial de O2 (mbar)
BP	Presión barométrica (mbar)
WVP	Presión del vapor de agua (mbar)

El ejemplo 2 que figura a continuación describe el efecto de la humedad en la reducción de la presión parcial de oxígeno y, por lo tanto, del contenido volumétrico de oxígeno.

Ejemplo 2:

En un día típico, se registra la siguiente información procedente de una estación meteorológica calibrada:

Temperatura	22 °C
Humedad	32 %
Presión barométrica	986 mbar

Utilizando la tabla de consulta de presión de vapor de agua anterior, WVP_máx = 26,43 mbar.

La presión parcial de oxígeno se calcula entonces como:

Ahora que conocemos la presión parcial de oxígeno y la presión barométrica total, podemos calcular el contenido volumétrico de oxígeno.