Che cos'è un volano?
Un volano è una semplice ruota rotante utilizzata per immagazzinare energia o stabilizzare qualcosa. L'energia immagazzinata è uguale al suo momento d'inerzia - un termine fisico che significa sostanzialmente la massa dell'oggetto per il quadrato della sua distanza dall'asse di rotazione - moltiplicata per il quadrato della sua velocità angolare diviso per 2. I volani aiutano stabilizzare gli alberi di trasmissione soggetti a pressioni alternate, come motori a pistoni o pompe a pistoni. L'effetto stabilizzante viene dal volano che resiste alle variazioni della sua velocità di rotazione.
I volani sono usati come dispositivi di accumulo di energia per esperimenti scientifici ad alta potenza che produrrebbe un picco di potenza inaccettabile se si toglie energia dalla rete elettrica. Tali batterie a volano potrebbero funzionare nel vuoto, per evitare perdite di energia dovute all'attrito dell'aria, e verranno periodicamente accelerate nuovamente per compensare la velocità di rotazione persa a causa della dissipazione di energia da calore e vibrazioni. Una buona progettazione del volano dissiperà il minor calore e vibrazione possibile, mantenendo l'energia per l'applicazione target.
Un volano immagazzina diverse quantità di energia in base alla sua massa e velocità di rotazione. Ad esempio, una ruota di bicicletta ha una massa di circa 1 kg (2,2 lb), un diametro di circa 70 cm (28 in) e una velocità di rotazione di circa 150 rpm (rotazioni al minuto). Ciò si aggiunge a un'energia immagazzinata di 15 J (joule). Quindi, prendere in considerazione una ruota su un treno che si muove a 60 km / h (37 mph), con una massa di 942 kg (2.076 lb), diametro di 1 m (3,3 piedi) e una velocità di rotazione di 318 rpm. Questo volano avrebbe un'energia di rotazione di circa 64 kJ (chilojoule), circa 43.000 volte maggiore della ruota della bici.
Le batterie a volano dedicate allo stoccaggio di energia hanno energie molto più grandi di entrambi questi esempi precedenti, principalmente a causa di velocità di rotazione estreme. Un esempio fatto da un'azienda di volani a Ottawa vanta una massa di 100 kg (220 lb), un diametro di 60 cm (27 in) e una velocità di rotazione di 20.000 giri / min. Questa batteria a volano può contenere circa 10 MJ (megajoule), sufficienti per accendere 100 lampadine da 100 watt per 1.000 secondi. Questo design della batteria del volano non è molto più grande di un frigorifero. Un volano ancora più grande, del tipo utilizzato come backup di energia elettrica, può contenere 100 MJ di potenza. Questi tipi di volani possono essere utilizzati da casinò, ospedali, data center o nell'industria per mantenere il potere in caso di guasti o fluttuazioni nell'input.