Rapporto aria-combustibile stechiometrico

Il rapporto massico aria-combustibile stechiometrico è la quantità esatta di chilogrammi di aria secca necessaria per bruciare un chilogrammo di combustibile senza ossigeno in eccesso né combustibile residuo. Per un'unità di formula di idrocarburo CxHy, la combustione completa fissa la domanda di ossigeno a C più H su quattro moli di O2 per mole di combustibile; l'aria secca fornisce quell'ossigeno a circa il ventuno per cento in volume, così le moli d'aria si scalano di uno su zero virgola ventuno e si convertono in massa con la massa molare media dell'aria. Dividere la massa d'aria per la massa molare del combustibile produce l'AFR classico che gli ingegneri citano vicino a diciassette per il metano e vicino a quindici per i surrogati tipici della benzina. Gli studenti incontrano la derivazione nei corsi di combustione e termodinamica, i calibratori di motori la usano come ancora di lambda uguale a uno, e i modelli di processo necessitano di una forma chiusa priva di mappe empiriche. Questo calcolatore accetta conteggi non negativi di atomi di carbonio e idrogeno, applica pesi atomici convenzionali fissi e costanti dell'aria secca, rifiuta il caso indefinito quando entrambi sono zero e restituisce il rapporto massico aria-combustibile insieme alla domanda di ossigeno, alle moli di prodotti, alla formula del combustibile e all'etichetta del metodo.

Come i conteggi di carbonio e idrogeno diventano un AFR stechiometrico

Parta da un idrocarburo puro scritto come CxHy, dove C è il conteggio di atomi di carbonio e H quello di idrogeno di un'unità di formula del combustibile. La combustione completa in ossigeno segue CxHy più n_O2 di O2 va a C di CO2 più H su due di H2O, con il bilancio dell'ossigeno che impone n_O2 uguale a C più H su quattro. Quel singolo scalare è la domanda stechiometrica di ossigeno per mole di combustibile.

Motori e bruciatori reali non alimentano ossigeno puro; alimentano aria secca con circa il ventuno per cento di O2 in volume e quindi circa quattro virgola settantasei moli d'aria per ogni mole di O2. Moltiplicare n_O2 per quel fattore d'aria e per la massa molare media convenzionale dell'aria secca, tipicamente ventotto virgola novantasette grammi per mole, produce la massa d'aria richiesta per mole di combustibile.

La massa di combustibile per mole è C volte la massa atomica del carbonio più H volte quella dell'idrogeno, usando gli stessi pesi convenzionali fissi delle altre calcolatrici di chimica KIT così che i goldens d'aula restino allineati. Il rapporto massico aria-combustibile stechiometrico è allora massa d'aria divisa per massa di combustibile; il rapporto reciproco combustibile-aria e il rapporto massico ossigeno-combustibile puro sono riportati accanto per comodità.

Lambda e il rapporto di equivalenza valgono uno per definizione alla stechiometria, perché il calcolatore mira alla combustione completa senza eccesso d'aria né residuo ricco di combustibile. I conteggi atomici negativi sono rifiutati subito perché una formula chimica non può portare meno di zero atomi di un elemento. Sono ammessi conteggi frazionari quando si modella un'unità di formula media di una miscela, ad esempio un surrogato di benzina vicino a C8H15, purché almeno un elemento contribuisca massa positiva.

Dove i calcolatori di AFR stechiometrico compaiono nel lavoro reale

I corsi di combustione delle scuole superiori e dell'università assegnano esercizi sul rapporto aria-combustibile stechiometrico dopo aver bilanciato reazioni CxHy più ossigeno, chiedendo agli studenti di convertire conteggi atomici in un rapporto massico e di confrontare il metano vicino a diciassette con alcani più pesanti vicino a quindici.

I laboratori automotive e aerospaziali usano l'AFR stechiometrico come riferimento di lambda uguale a uno nella taratura dei sensori di ossigeno, nell'impostazione delle mappe al minimo o nel controllo che una formula di combustibile surrogato produca una domanda d'aria plausibile prima del banco. Ingegneri di processo ed energia che dimensionano bruciatori, caldaie o turbine a gas partono spesso da una formula di progetto del combustibile e necessitano di una massa d'aria in forma chiusa rapida prima di introdurre umidità, ricircolo dei gas di combustione o tabelle di miscela multicomponente.

Se in seguito serve stechiometria di rapporti molari tra reagenti arbitrari, analisi di combustione dalle masse di prodotti CO2 e H2O, o conversione di unità di economia del combustibile, li tratti come intenti di ricerca e landing separati invece di sovraccaricare questa pagina del calcolatore di rapporto aria-combustibile stechiometrico.