Energia immediata - I processi del vuoto accrescono l'efficienza dei volani

Energia immediata - I processi del vuoto accrescono l'efficienza dei volani

I volani immagazzinano e rilasciano in maniera immediata l'energia cinetica, il che risulta utilissimo quando è richiesta molta energia in pochissimo tempo. I processi del vuoto rendono più efficiente questa tecnologia.
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Tutti i bambini hanno a che fare con il principio fisico della carica di una molla mentre giocano con una macchinina: trascinando indietro le ruote della macchinina per due o tre volte sul pavimento, quando questa viene rilasciata comincerà a muoversi in avanti con il ronzio di un volano. Quando la mano del bambino spinge la macchinina, provoca la rotazione veloce di un piccolo disco di metallo attaccato alle ruote. L'energia rotazionale di una lamina di metallo di appena pochi grammi è sufficiente per una gara in un parco giochi.

I processi del vuoto ottimizzano le prestazioni di corsa

Ma il volano è molto più di un giocattolo. Tra le altre applicazioni dei nostri giorni, i volani sono utilizzati per attenuare le fluttuazioni all'interno della rete di alimentazione e immagazzinare temporaneamente l'energia di frenata. Il vuoto viene applicato spesso per rendere più efficiente la tecnologia del volano perché, all'aumentare del numero di rotazioni e della velocità rotazionale, aumenta anche il trascinamento e la turbolenza d'aria. Questo riduce in maniera significativa le prestazioni del dispositivo di immagazzinamento rotazionale decelerandolo e può persino distruggere i volani di plastica avanzati tramite la formazione di calore da attrito. Tutto questo può essere prevenuto se la ruota gira in un alloggiamento incapsulato dove è soggetta a un alto vuoto senza nessuna resistenza dell'aria. Si minimizzerebbe anche la perdita inevitabile di energia al minimo e si aumenterebbe l'efficienza del volano.

I cuscinetti magnetici al posto di quelli convenzionali a sfera vengono anche utilizzati sempre più per l'asse di rotazione, in modo tale da mantenere al minimo le perdite per attrito. Come risultato si avrà l'asse della ruota che fluttua e gira all'interno di un campo magnetico senza attrito.

La velocità conta

I volani immagazzinano l'energia in un corpo mobile. Quelli convenzionali di solito sono composti da metalli, cosa che li rende molto più pesanti. Questo fattore limitante è conosciuto con il nome di "velocità periferica", ossia la velocità di rotazione presente sulla parte periferica di una ruota. All'aumentare della velocità, aumenta anche la forza centrifuga e c'è l'eventualità che il materiale raggiunga un suo limite ed esploda. Ormai, per i volani, si sta puntando sempre più verso l'utilizzo di materiali in fibra di carbonio ad alta resistenza perché non necessitano di una grande massa.

Il contenuto energetico di una massa rotante aumenta del quadrato della velocità rotazionale. Questo significa che la capacità di immagazzinare l'energia può essere resa molto più efficiente con rotazioni più veloci rispetto a dischi più pesanti o più larghi. Le plastiche rinforzate in fibra sono leggere e permettono ai volani di resistere a rotazioni estremamente veloci con un potenziale che arriva fino a 100.000 rotazioni al minuto.

Generatore a volano in una camera da vuoto nella Porsche 918 RSR | 'porsche 918 rsr' by cmonville, used under CC BY 2.0


Tecnologia testata e affidabile

Il principio dell'immagazzinamento immediato dell'energia cinetica da parte dei volani è utilizzato in moltissime applicazioni. È stato utilizzato come unità motrice per le ruote del tornio nei secoli passati, per i motori a vapore durante la rivoluzione industriale e, attualmente, nelle auto da corsa. Le regole della FIA permettono l'utilizzo di un volano per l'immagazzinamento energetico, che si carichi durante la frenata e che si scarichi durante l'accelerazione. È con questa tecnica che nel 2012, durante la 24 ore di Le Mans, due Audi "R18 e-tron quattro" arrivarono persino prima e seconda.

Tuttavia, oggi i volani sono normalmente utilizzati come trasmissione per i generatori per attenuare le fluttuazioni di rete. Il 97% di tutti i disturbi sulla rete dura meno di 3 secondi, troppo poco per far raggiungere la velocità richiesta ad un'unità di emergenza a diesel. Al contrario, l'energia di un volano è disponibile entro alcuni millisecondi. Compensa brevi fluttuazioni di rete e funge da tampone finché il dispositivo di alimentazione di emergenza non entra in funzione.

Busch fornisce e mantiene la tecnologia del vuoto per i dispositivi di stoccaggio a rotazione in varie applicazioni.


Grande potenza per esperimenti di fusione

Le elevate prestazioni dei generatori a volano sono anche utilizzate appositamente per accedere rapidamente a grandi quantità di energia, come è avvenuto ad esempio per l'esperimento di fusione ASDEX Upgrade alla Società Max Planck per la fisica dei plasmi a Garching in Germania. Durante quell'esperimento un volano di 400 tonnellate subì un'accelerazione di 3.000 rotazioni al minuto, fornendo un'energia di 150 MW per 10 secondi, che scaldò il plasma.

Tre volte la velocità del suono

Il volano in fibra di carbonio sviluppato per il motorsport ha un diametro di 30 millimetri e raggiunge 60.000 rotazioni. Questo significa che è in grado di raggiungere tre volte la velocità del suono nella parte periferica. Il volano ruota in situazione di vuoto all'interno di una camera sigillata e l'energia viene trasmessa tramite un accoppiamento magnetico.


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