¿Qué es un volante?
Un volante es una rueda giratoria simple que se usa para almacenar energía o estabilizar algo. La energía que almacena es igual a su momento de inercia, un término físico que básicamente significa la masa del objeto multiplicado por el cuadrado de su distancia desde el eje de rotación, multiplicado por el cuadrado de su velocidad angular dividido por 2. Los volantes ayudan estabilizar los ejes de transmisión sujetos a presiones alternas, como motores de pistón o bombas de pistón. El efecto estabilizador proviene del volante que resiste los cambios en su velocidad de rotación.
Los volantes se utilizan como dispositivos de almacenamiento de energía para experimentos científicos de alta potencia que producirían un pico de energía inaceptable si se elimina la energía de la red eléctrica. Dichas baterías de volante pueden funcionar en el vacío, para evitar la pérdida de energía debido a la fricción del aire, y se acelerarán periódicamente para compensar la velocidad de rotación perdida debido a la disipación de energía del calor y la vibración. Los buenos diseños de volante disiparán la menor cantidad de calor y vibración posible, reteniendo energía para la aplicación objetivo.
Un volante almacena diferentes cantidades de energía dependiendo de su masa y velocidad de rotación. Por ejemplo, una rueda de bicicleta tiene una masa de aproximadamente 1 kg (2.2 lb), un diámetro de aproximadamente 70 cm (28 in) y una velocidad de rotación de aproximadamente 150 rpm (rotaciones por minuto). Esto se suma a una energía almacenada de 15 J (julios). A continuación, considere una rueda en un tren que se mueve a 60 kph (37 mph), con una masa de 942 kg (2,076 lb), un diámetro de 1 m (3.3 pies) y una velocidad de rotación de 318 rpm. Este volante tendría una energía de rotación de aproximadamente 64 kJ (kilojulios), aproximadamente 43,000 veces mayor que la rueda de la bicicleta.
Las baterías de volante dedicadas al almacenamiento de energía tienen energías mucho más grandes que estos dos ejemplos anteriores, principalmente debido a las velocidades de rotación extremas. Un ejemplo hecho por una compañía de volantes en Ottawa cuenta con una masa de 100 kg (220 lb), un diámetro de 60 cm (27 in) y una velocidad de rotación de 20,000 rpm. Esta batería de volante puede almacenar aproximadamente 10 MJ (megajulios), suficiente para encender 100 bombillas de 100 vatios durante 1,000 segundos. Este diseño de batería de volante no es mucho más grande que un refrigerador. Un volante aún más grande, del tipo utilizado como respaldo de energía eléctrica, puede contener 100 MJ de energía. Estos tipos de volantes pueden ser utilizados por casinos, hospitales, centros de datos o en la industria para mantener la energía en caso de falla o fluctuaciones en la entrada.