introducción a los volantes de inercia

Corporación Universitaria Autónoma de Nariño; Negret Jorge; Volantes de Inercia
INTRODUCCIÓN A LOS VOLANTES DE INERCIA
Negret Jorge
negretjanm@hotmail.com
Corporación Universitaria Autónoma de Nariño
Síntesis: Las altas variaciones de aceleración
en un mecanismo provocan oscilaciones,
significativas en el par torsor, necesarias para
impulsarlos a una velocidad constante o casi
constantes. Los pares de torsión pico pueden
ser tan altos que sería preciso un motor
grande para suministrarlos. Pero debido a las
perdidas y al trabajo externo realizado puede
ser mucho menor que el par pico. Por tanto es
necesario proporcionar alguna forma de
suavizar estas oscilaciones del par de torsión
durante el ciclo. Un medio eficaz y
relativamente de bajo costo, para hacerlo es el
volante.
Índice de Términos: Energía cinética,
Momento de Inercia, par torsor, segunda ley
de Newton.
Introducción:
Realizar el análisis del comportamiento de un
mecanismo, sujeto a variaciones de velocidad
y por ende de la aceleración, y como estas
pueden ser atenuadas con elementos de
máquinas como son los volantes, dado que
estos se encuentran concebidos, para
oponerse a las aceleraciones bruscas, de
modo tal que se reduzcan las fluctuaciones de
velocidad angular. Es en esencia, la intensión
que se propone abordar en este artículo, ya
que estos tienen diversas aplicaciones de la
ingeniería mecánica, y algunos ejemplos de
dichas aplicaciones son:



Absorber, la energía de frenado de
un vehículo, de modo que después se
utilice en su aceleración (KERS)
Como dispositivos para suavizar el
funcionamiento de instalaciones
generadoras de energía eléctrica
mediante energía eólica y energía
fotovoltaica, así como de diversas
aplicaciones eléctricas industriales.
En los ferrocarriles eléctricos que
usan desde hace mucho tiempo un
sistema de freno regenerativo que
alimenta la energía extraída del
frenado nuevamente a las líneas de
potencia; con los nuevos materiales y
diseños
se
logran
mayores
rendimientos en dichos fines.
VOLANTES DE INERCIA
También llamados volante motor es un
elemento de máquina en forma de disco
circular plano, el cual es conectado al eje de
un motor, el cual a su vez podría también ser
el eje motriz de la manivela de un
mecanismo.
Un motor que suministra un par de torsión, de
magnitud TM el cual se desea que sea lo más
constante posible ó que sea igual al TProm..
Por otro lado la carga de l volante demanda
un par torsión TL el cual varía con el tiempo.
La energía cinética de un sistema rotatorio o
(concretamente le energía rotacional) está
dada por la expresión:
Pero el requerimiento es: TM = Tprom.
Tal que:
Ecuación 1
Ecuación 4
I = momento de inercia que hace referencia a
toda la masa que está rotando, el cual incluye
el momento de inercia del motor, la manivela
del mecanismo y el volante.
Pero
y
sustituyendo α
Ecuación 5
ω = Velocidad angular
Se desea determinar cuanto I es necesario
agregar en la forma de un volante, para
reducir la variación de la velocidad, de l eje a
un nivel aceptable.
Y operando se obtiene
Ecuación 6
Resolviendo se tiene:
Según la ley de Newton para la figura 1, para
el diagrama de cuerpo libre se tiene:
Ecuación 2
Reemplazando el par torsor se verifica que:
TL – TM = I α Ecuación 3
El primer miembro de esta expresión
representa el cambio de energía E entre la
ωmax. y la ωmin del eje y es igual al área bajo el
diagrama torsión tiempo.
REFERENCIAS
Figura 1. Volante en un eje Motriz
[1]http://www.asterpix.com/console?as=1187
647165005-e57383c789
Motor
[2]http://www.imac.unavarra.es/web_imac/pa
ges/docencia/asignaturas/emyv_documentaci
on.html
TM
[3]http://www.magnetal.se/MagnetalGyro.pdf
[4] http://www.magnetal.se/MGESS.pdf
[5] Robert L. Norton Diseño de Maquinaria
3ra ed. Cap. 11 pp. 511-514 Mc-Graw Hill
2004.
TL
Eje
Volante