Energia imediata - Os processos de vácuo aumentam a eficiência dos volantes de inércia

Energia imediata - Os processos de vácuo aumentam a eficiência dos volantes de inércia

Os volantes de inércia armazenam e libertam imediatamente energia cinética; este processo é ideal quando são necessárias grandes quantidades de energia muito rapidamente. Os processos de vácuo tornam esta tecnologia mais eficiente.
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Todas as crianças conhecem o princípio físico de bobinar um carro de brincar, arrastando as rodas pelo chão duas ou três vezes e, em seguida, libertando-o e deixando-o partir enquanto emite um zumbido, movido pelo volante de inércia. Quando a mão da criança empurra o carro, faz com que um pequeno disco de metal ligado às rodas gire rapidamente. A energia de rotação de apenas algumas gramas de folha de metal é suficiente para realizar uma corrida numa sala de brincadeiras.

Os processos de vácuo otimizam o desempenho do andamento

Mas o volante de inércia é muito mais do que um mero brinquedo. Entre outras aplicações modernas, os volantes de inércia são utilizados para compensar as flutuações no abastecimento de energia elétrica e para armazenar temporariamente energia de travagem. Em muitos casos, é aplicado um vácuo para aumentar a eficiência da tecnologia de volante de inércia, uma vez que, à medida que aumenta o número de rotações e a velocidade de rotação, também aumentam os efeitos da força de resistência e da turbulência do ar. Estes efeitos reduzem significativamente o desempenho do dispositivo de armazenamento por rotação porque o desaceleram, e podem até destruir os volantes de inércia de plástico mais avançados devido à formação de calor de atrito. É possível evitar este problema se a roda girar num revestimento encapsulado, onde fica sujeita a um elevado vácuo e sem resistência ao ar. Este método também minimiza a inevitável perda de energia quando se encontra ao ralenti e aumenta a eficiência do volante de inércia.

São também cada vez mais usadas no eixo de rotação as chumaceiras magnéticas em vez dos rolamentos de esferas convencionais, de forma a reduzir ao mínimo as perdas por fricção. Desta forma, o eixo do volante flutua num campo magnético e roda sem fricção.

A velocidade conta

O volante de inércia armazena a energia num corpo em movimento, sendo normalmente usados volantes de inércia convencionais fabricados em metal, o que os torna algo pesados. O fator limitador é aquilo que é designado por velocidade circunferencial, ou seja, a velocidade à qual roda a extremidade exterior do volante. À medida que aumenta a velocidade, aumenta também a força centrífuga; o material acaba por chegar ao limite e pode rebentar. Por este motivo, a tendência no fabrico de volantes de inércia é a mudança para os materiais de fibra de carbono de elevada resistência, uma vez que não requerem uma grande massa.

O teor energético de uma massa em rotação aumenta no valor do quadrado da velocidade de rotação. Isto significa que a capacidade de armazenar energia pode ser aumentada com mais eficácia através de uma rotação mais rápida do que com que discos mais pesados ou maiores. Os plásticos reforçados com fibras são leves e a sua resistência permite-lhes suportar uma rotação extremamente rápida, com um potencial de até 100.000 rotações por minuto.

Gerador de volante de inércia na câmara de vácuo do Porsche 918 RSR | 'porsche 918 rsr' by cmonville, used under CC BY 2.0

Tecnologia comprovada e de confiança

O princípio do volante de inércia como forma de armazenamento imediato para a energia cinética é usado numa série de aplicações. Serviu de mecanismo de acionamento para as rodas de oleiro na Era Clássica, para os motores a vapor durante a revolução industrial e para os automóveis de competição modernos. As regras da FIA autorizam a utilização da energia de volante de inércia, que carrega durante a travagem e descarrega novamente durante a aceleração. Em Le Mans, em 2012, dois automóveis Audi R18 e-tron quattro com armazenamento de energia por volante de inércia ganharam inclusivamente o primeiro e o segundo lugares na competição das 24 horas.

No entanto, os atuais volantes de inércia são normalmente utilizados como acionadores para os geradores que compensam as flutuações elétricas. Noventa e sete por cento de todas as perturbações da rede elétrica duram menos de três segundos – nem de longe o suficiente para fazer com que uma unidade de emergência a gasóleo atinja a velocidade necessária. Já a energia do gerador com volante de inércia fica disponível em milésimos de segundo. Compensa as breves flutuações elétricas e serve de tampão até o dispositivo de energia de emergência começar a funcionar.

A Busch fornece e realiza a manutenção da tecnologia de vácuo para os dispositivos de armazenamento por rotação em diversas aplicações.


Elevada potência para experiências de fusão

O elevado desempenho dos geradores de volante de inércia também é utilizado especificamente para aceder rapidamente a grandes quantidades de energia, por exemplo, na experiência de fusão ASDEX Upgrade no Instituto Max Planck de física dos plasmas, em Garching, na Alemanha. Neste instituto encontra-se um volante de inércia de 400 toneladas que é acelerado a 3.000 rotações por minuto. Em seguida, fornece 150 MW de potência durante 10 segundos para aquecer o plasma.

Três vezes a velocidade do som

O volante de inércia em fibra de carbono desenvolvido para o desporto motorizado tem 30 milímetros de diâmetro e atinge 60.000 rotações. Isto significa que alcança três vezes a velocidade do som na extremidade exterior. O volante de inércia roda no interior de uma câmara isolada e a energia é transmitida através do acoplamento magnético.


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