O que é pressão parcial de oxigênio e como calculá-la?

O princípio de funcionamento do sensor de O2 de dióxido de zircônio mede a pressão parcial de oxigênio em uma mistura de gases. Isso normalmente causa confusão entre os clientes da PST, pois a maioria dos sensores de oxigênio no mercado mede a concentração de oxigênio.

Mas o que é pressão parcial? Essa é uma pergunta que nos fazem com frequência quando se trata do princípio de funcionamento do sensor de O2. Neste artigo, abordaremos a definição de pressão parcial, a física por trás dela, como calcular a pressão parcial e como converter a pressão parcial de oxigênio em conteúdo volumétrico para os interessados na concentração de oxigênio.

Pressão parcial: a definição

A pressão parcial é definida como a pressão de um único componente de gás em uma mistura de gases. Ela corresponde à pressão total que o componente de gás único exerceria se ocupasse sozinho todo o volume.

Lei de Daltons: A Física

A teoria do princípio de funcionamento do sensor de o2 está detalhada aqui. A pressão total (P_total) de uma mistura de gases ideais é igual à soma das pressões parciais (P_i) dos gases individuais nessa mistura.

A partir da Equação 1, pode-se deduzir que a razão entre o número de partículas (n_i) de um componente individual do gás e o número total de partículas (n_total) da mistura de gases é igual à razão entre a pressão parcial (Pi) do componente individual do gás e a pressão total (P_total) da mistura de gases.

ni	Número de partículas no gás
ntotal	Número total de partículas
pi	Pressão parcial do gás i
Ptotal	Pressão total

Exemplo 1:

A pressão atmosférica no nível do mar (sob condições atmosféricas padrão) é de 1013,25mbar. Aqui, os principais componentes do ar seco são nitrogênio (78,08% Vol.), oxigênio (20,95% Vol.), argônio (0,93% Vol.) e dióxido de carbono (0,040% Vol.). O conteúdo volumétrico (%) pode ser igualado ao número de partículas (n), já que os gases acima podem ser aproximados como gases ideais.

A Equação 2 pode ser resolvida para a pressão parcial de um gás individual (i) para obter:

A pressão parcial de oxigênio equivale, então, a:

É claro que esse valor só é relevante quando a atmosfera está seca (0% de umidade). Se houver umidade, uma proporção da pressão total é absorvida pela pressão do vapor de água. Portanto, a pressão parcial de oxigênio (ppO₂) pode ser calculada com mais precisão quando a umidade relativa e a temperatura ambiente são medidas junto com a pressão barométrica total.

Em primeiro lugar, a pressão do vapor de água é calculada:

WVP	Pressão de vapor de água (mbar)
HRel	Umidade relativa (%)
WVPmax	Pressão máxima de vapor de água (mbar)

Para uma temperatura ambiente conhecida, a pressão máxima de vapor de água (WVP_max) pode ser determinada na tabela de pesquisa abaixo. A pressão máxima de vapor de água também é chamada de ponto de orvalho. O ar mais quente pode reter mais vapor de água e, portanto, tem um WVP_max mais alto.

Temperatura (°C)	Vapor máximo de água Pressão (mbar)	Temperatura (°C)	Vapor máximo de água pressão (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

Partial oxygen pressure then equates to:

ppO2	Pressão parcial de O2 (mbar)
BP	Pressão barométrica (mbar)
WVP	Pressão de vapor da água (mbar)

O exemplo 2 abaixo descreve o efeito da umidade que reduz a pressão parcial de oxigênio e, portanto, o conteúdo volumétrico de oxigênio.

Exemplo 2:

Em um dia normal, as seguintes informações são registradas em uma estação meteorológica calibrada:

temperatura	22°C
umidade	32%
Pressão barométrica	986mbar

Usando a tabela de consulta de pressão de vapor de água acima, WVP_max = 26,43mbar.

A pressão parcial de oxigênio equivale a:

Como agora sabemos a pressão parcial de oxigênio e a pressão barométrica total, podemos calcular o conteúdo volumétrico de oxigênio.