Questão 1.1: Por que a razão de equivalência é frequentemente um parâmetro mais significativo do que a razão ar-combustível (ou combustível-ar) para definir a estequiometria de uma mistura reagente ao comparar com diferentes combustíveis?

Passo 1

O enunciado pergunta por que, ao comparar misturas estequiométricas de combustão com combustíveis diferentes, faz mais sentido usar a razão de equivalência do que a razão ar–combustível (ou sua inversa, razão combustível–ar). O conteúdo é estequiometria de combustão e definição de misturas ricas/lean. Vamos relembrar as definições e ver em que ponto a razão de equivalência se torna um parâmetro universal.

Passo 2

Primeiro, definimos a razão ar–combustível real como
\left(\frac{A}{F}\right)_{\text{real}} = \frac{\text{massa de ar fornecida}}{\text{massa de combustível fornecida}},í
e a razão ar–combustível estequiométrica para um combustível genérico C_xH_yO_z escrevendo a reação balanceada e isolando
\left(\frac{A}{F}\right)_{\text{st}}\;.
Como o valor numérico de \bigl(A/F\bigr)_{\text{st}} depende de x, y e z, cada combustível tem seu próprio \bigl(A/F\bigr)_{\text{st}}.

Passo 3

Agora, definimos a razão de equivalência \varphi como
\varphi \;=\;\frac{\bigl(F/A\bigr)_{\text{real}}}{\bigl(F/A\bigr)_{\text{st}}} \;=\; \frac{\bigl(A/F\bigr)_{\text{st}}}{\bigl(A/F\bigr)_{\text{real}}}\,.
Isso significa:
  • \varphi=1 → mistura estequiométrica;
  • \varphi<1 → mistura magro (lean);
  • \varphi>1 → mistura rica (rich).

Passo 4

Note que \bigl(A/F\bigr)_{\text{st}} muda de combustível para combustível, mas a definição de \varphi normaliza o valor real pela estequiometria daquele mesmo combustível. Assim, \varphi é adimensional e compara sempre “quanto acima ou abaixo” da estequiometria estamos, independentemente da fórmula química.

Passo 5

Vantagens de usar \varphi:
  1. É independente da composição exata do combustível — todo mundo fala em “0,8” ou “1,2” de equivalência sem precisar saber o A/F exato de cada combustível.
  2. Facilita a comparação de desempenho e emissões entre diferentes combustíveis, porque fixa o ponto relativo à reação estequiométrica.
  3. Indica diretamente se a mistura é rica ou pobre em relação à quantidade ideal de ar, algo crucial para processos de combustão, eficiência térmica e formação de poluentes.

Resposta

A razão de equivalência \varphi normaliza a razão ar–combustível real pela razão estequiométrica do mesmo combustível, tornando-a adimensional e universal. Isso elimina a dependência do A/F_{\text{st}} específico de cada combustível, permitindo comparar diretamente quão rica ou pobre é uma mistura em relação à estequiometria ideal, seja qual for o combustível usado.

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