Energía inmediata - Los procesos con tecnología de vacío aumentan la eficiencia de los volantes de inercia

Energía inmediata - Los procesos con tecnología de vacío aumentan la eficiencia de los volantes de inercia

Los volantes de inercia almacenan y liberan energía cinética de manera inmediata; es el proceso perfecto cuando se necesitan grandes cantidades de energía de forma rápida. Los procesos de vacío aumentan la eficacia de esta tecnología.
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Todos hemos jugado con el cochecito que había que arrastrar varias veces sobre el suelo haciendo girar las ruedas para luego soltarlo y que saliera disparado. Esos juguetes tenían un volante de inercia. Al arrastrar el cochecito, se hace girar rápidamente un pequeño disco metálico conectado a las ruedas. La energía de rotación generada por unos pocos gramos de metal es suficiente para jugar a las carreras en una habitación.

Los procesos de vacío optimizan el rendimiento operativo

Los volantes de inercia son mucho más que la pieza de un juguete. Entre sus muchas aplicaciones modernas, los volantes de inercia se utilizan para reducir las fluctuaciones en el suministro de energía eléctrica y para almacenar de manera temporal energía de frenado. La tecnología de vacío se emplea para aumentar la eficacia de los volantes de inercia; son mecanismos que tienen la desventaja de que cuanto mayor es el número de rotaciones y la velocidad de rotación, mayor es la acción de arrastre y la turbulencia del aire. Estos factores reducen de manera significativa el rendimiento del dispositivo de almacenamiento de rotación ya que lo desaceleran e incluso pueden llegar a destruir volantes de inercia de plástico avanzados debido al calor friccional. Esto se evita si el volante gira encapsulado en una caja con un alto vacío y sin la resistencia del aire. A su vez, se minimiza la pérdida inevitable de energía en estado de reposo y se incrementa la eficiencia del propio volante de inercia.

También se utilizan cada vez más rodamientos magnéticos en el eje de rotación en lugar de los rodamientos de bolas convencionales para que las pérdidas por fricción sean mínimas. De esta forma, se consigue que el eje del volante flote en un campo magnético y gire sin ningún tipo de fricción.

La velocidad importa

El volante de inercia almacena la energía en un cuerpo en movimiento que suele estar fabricado de metal, lo que lo hace bastante pesado. El factor que se debe tener en cuenta es lo que se conoce como la velocidad periférica, es decir, la velocidad a la que gira el borde más exterior del volante. A medida que la velocidad aumenta, también lo hace la fuerza centrífuga y puede ocurrir que el material alcance su límite y se dañe. La tendencia actual es la evolución hacia volantes fabricados con fibra de carbono de gran resistencia, ya que no requieren una masa excesiva.

El contenido energético de una masa en rotación aumenta según el cuadrado de la velocidad de rotación. Esto significa que la capacidad para almacenar energía se puede incrementar de manera más efectiva aumentando la velocidad de rotación en lugar de emplear discos más grandes y pesados. Los plásticos reforzados con fibra son más ligeros y cuentan con una gran resistencia que les permite soportar velocidades de rotación extremas. Pueden llegar a soportar velocidades de 100 000 rotaciones por minuto.

Volante de inercia en una cámara de vacío del Porsche 918 RSR | 'porsche 918 rsr' by cmonville, used under CC BY 2.0

Tecnología probada y de confianza

El principio del volante de inercia como medio para almacenar de manera inmediata energía cinética se utiliza en un gran número de aplicaciones. Se empleó como mecanismo de activación en los tornos de alfarero clásicos, en los motores de vapor durante la revolución industrial y se utiliza en los coches de carreras modernos. Las reglas de la FIA autorizan el uso del almacenamiento energético a través de volantes que se cargan durante el frenado y se vuelven a descargar durante la aceleración. En las 24 horas de Le Mans de 2012, fueron dos Audi R18 e-tron quattro con almacenamiento energético por volante los que ganaron el primer y segundo puesto.

Sin embargo, en la actualidad, los volantes se emplean normalmente como medio de activación de los generadores para reducir las fluctuaciones del suministro de energía. El 97% de las alteraciones de la red duran menos de tres segundos, por lo que en ningún caso duran lo suficiente para que una unidad de emergencia de gasoil alcance la velocidad necesaria. La energía de un volante de inercia, por el contrario, está disponible en cuestión de milisegundos. Compensa las fluctuaciones breves que se producen en el suministro eléctrico y sirve como reserva hasta que el dispositivo de emergencia comienza a funcionar.

Busch se encarga de suministrar y mantener la tecnología de vacío utilizada en los dispositivos de almacenamiento rotatorios en sus diversas aplicaciones.


Grandes cantidades de energía para experimentos sobre la fusión

El elevado rendimiento de los generadores de volantes de inercia hace que también sean útiles en aplicaciones donde es necesario poder acceder a grandes cantidades de energía de manera inmediata. Un ejemplo de ellos es el experimento ASDEX Upgrade sobre la fusión, que el departamento de física del plasma del instituto Max Planck lleva a cabo en Garching, Alemania. En dichas instalaciones, un volante de 400 toneladas se acelera hasta alcanzar las 3000 revoluciones por minuto. El volante suministra 150 MW de potencia durante 10 segundos para calentar el plasma.

Tres veces la velocidad del sonido

El volante de fibra de carbono desarrollado para el sector automovilístico tiene 30 mm de diámetro y alcanza las 60 000 revoluciones. En el extremo más alejado, la velocidad equivale a tres veces la del sonido. El volante gira en un entorno de vacío dentro de una cámara sellada y la potencia se transmite utilizando un acoplamiento magnético.


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