Sobre a bomba de oxigênio com zircônia

Montagem, calibração e testes de um sistema de medidas elétricas em função da temperatura e da pressão parcial de oxigênio
M. C. Steil1, F. C. Fonseca2, Y. V. França3, J. F. Q. Rey3, E. N. S. Muccillo3, R. Muccillo3

Bomba eletroquímica de oxigênio
A bomba eletroquímica de oxigênio é um dispositivo que permite a introdução ou a extração de oxigênio em um gás ou uma atmosfera [5]. O dispositivo é constituído de um tubo de zircônia estabilizada com ítria, no qual foram depositadas camadas de platina nas superfícies interna e externa (Fig. 3). O gás vetor (N2 ou Ar) circula no interior do tubo e o eletrodo exterior está em contato com o ar ambiente. O tubo se encontra no interior de um forno para garantir a temperatura de funcionamento da bomba (entre 700 °C e 900 °C). Este dispositivo é empregado para controlar a pressão parcial de oxigênio no gás em circulação, ou seja, na realização de misturas gás vetor (inerte) com oxigênio.

Analogamente ao sensor de oxigênio, o funcionamento de uma bomba eletroquímica de oxigênio é baseado nas propriedades de condução iônica da zircônia estabilizada. A lei de Faraday relaciona a corrente elétrica I aplicada nas faces do eletrólito e o fluxo de oxigênio () que atravessa o eletrólito:

Desta forma, o fluxo de O2 () tem uma dependência linear com a intensidade da corrente aplicada. Para intensidades de corrente elétrica de até ~1 A, a equação B pode ser convertida para expressar diretamente a dependência da pressão parcial de oxigênio no gás vetor, circulando no interior da bomba, com a intensidade da corrente aplicada através da seguinte expressão [6]:

onde (atm), D (L/h) e I(A), correspondem à pressão parcial de oxigênio, ao fluxo do gás vetor e a intensidade da corrente aplicada, respectivamente. A pressão parcial de oxigênio na mistura de gases resultante, saindo da bomba, varia linearmente com a intensidade de corrente. Portanto, utilizando-se esta relação é possível controlar continuamente e com boa