Relação Ar-Combustível Estequiométrica
Calcula a relação ar-combustível (AFR) estequiométrica em massa de um hidrocarboneto C_xH_y, AFR = (x + y/4) × 137,93 ÷ M, a partir do número de átomos de carbono x, de hidrogênio y e da massa molar do combustível M (g/mol). O resultado (kg de ar por kg de combustível) é a quantidade exata de ar necessária para a combustão completa, sem sobra de ar nem de combustível. O metano (CH₄) tem AFR ≈ 17,2; a gasolina ≈ 14,7. A constante 137,93 vem da massa de ar por mol de O₂ (32 ÷ 0,232). É o parâmetro base do controle de combustão e da mistura em motores e queimadores. Informe x, y e a massa molar do combustível.
Resultado
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Relação ar-combustível estequiométrica
Para queimar completamente um combustível, é preciso a quantidade exata de ar — nem mais, nem menos. Essa proporção é a relação ar-combustível (AFR) estequiométrica. Para um hidrocarboneto genérico C_xH_y, a reação completa é C_xH_y + (x + y/4)·O₂ → x·CO₂ + (y/2)·H₂O, ou seja, cada mol de combustível precisa de (x + y/4) mols de oxigênio. Como o ar tem só 21% de O₂ (em volume) e 23,2% em massa, calcula-se a massa de ar necessária e divide-se pela massa do combustível: AFR = (x + y/4) × 137,93 ÷ M, onde M é a massa molar do combustível e 137,93 = 32 ÷ 0,232 é a massa de ar por mol de O₂. O resultado é kg de ar por kg de combustível. Valores conhecidos: metano (CH₄): AFR ≈ 17,2; gasolina (~C₈H₁₈): ≈ 14,7; etanol: ≈ 9,0 (menos ar, por já conter oxigênio); hidrogênio: ≈ 34,3. A AFR estequiométrica é fundamental no controle de combustão: motores a gasolina modernos usam sensores lambda para manter a mistura próxima de 14,7:1 (ideal para catalisadores); queimadores industriais trabalham com algum excesso de ar (AFR maior) para garantir queima completa. Misturas com menos ar que o estequiométrico (ricas) geram CO e fuligem; com mais ar (pobres), desperdiçam energia. Informe x, y e a massa molar do combustível.
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Relação Ar-Combustível Real
Calcula a relação ar-combustível real, AFR_real = AFR_estequiométrico × (1 + excesso de ar ÷ 100), a partir da relação ar-combustível estequiométrica e do excesso de ar (%). O resultado (kg de ar por kg de combustível) é a quantidade de ar efetivamente fornecida na prática, sempre maior que a estequiométrica, porque a combustão real precisa de excesso de ar para garantir queima completa (a mistura nunca é perfeita). Esse valor dimensiona o suprimento de ar (ventiladores), a vazão de gases de exaustão e influencia a temperatura de chama e a eficiência. Informe a relação ar-combustível estequiométrica e o excesso de ar.
Excesso de Ar (pelos Gases)
Calcula o excesso de ar de uma combustão a partir do oxigênio nos gases secos, EA = O₂ ÷ (20,9 − O₂) × 100%, a partir do percentual de O₂ medido na chaminé. O resultado, em %, indica quanto ar foi fornecido além do estequiométrico — medido pela sobra de oxigênio nos gases de exaustão. Algum excesso de ar (10-30%) é necessário para garantir combustão completa (evitar CO e fuligem), mas excesso demais desperdiça energia aquecendo ar inútil que sai quente pela chaminé. Analisadores de gases medem o O₂ e calculam o excesso de ar para otimizar a eficiência da queima. Informe o O₂ percentual nos gases.
Volume de Ar Teórico de Combustão
Calcula o volume teórico de ar necessário para a combustão completa de um hidrocarboneto C_xH_y, V_ar = (x + y/4) × 22,4 ÷ (0,21 × M), a partir dos átomos de carbono x, hidrogênio y e da massa molar M. O resultado, em Nm³ de ar por kg de combustível (nas condições normais), é o ar estequiométrico — base do dimensionamento de ventiladores, queimadores e sistemas de ar de combustão. O fator 22,4 é o volume molar de gás ideal (L/mol nas CNTP) e 0,21 a fração volumétrica de O₂ no ar. O metano exige ~13,3 Nm³/kg. Multiplicado pelo excesso de ar, dá o ar real fornecido. Informe x, y e a massa molar.
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