¿Te has preguntado qué es ese objeto circular que se encuentra en todos los automóviles? ¡No estás solo! El volante es una pieza fundamental en cualquier vehículo, pero ¿qué exactamente es el volante y por qué se utiliza? En este artículo responderemos todas tus preguntas y te explicaremos la importancia de esta pieza en la conducción. Si eres un apasionado de los autos o simplemente quieres aprender más sobre el funcionamiento de tu vehículo, no te puedes perder esta información. ¡Empecemos!
El volante, el llamado depósito de energía, a veces se denomina anillo de inercia. Esto es para almacenar la energía durante el período en que el suministro de energía es mayor que la demanda y utilizarla durante el período en que es menor que la demanda en operación cíclica.
volante
En los compresores de pistón, los motores de combustión interna y los motores de vapor, la energía se desarrolla durante un ciclo de trabajo y el motor debe completar las carreras restantes del ciclo con esta energía generada por el ciclo de trabajo.
Por ejemplo, en el caso de un motor de combustión interna de cuatro tiempos, hay una carrera de potencia por cada dos revoluciones de la manivela. La energía desarrollada durante el golpe de potencia es mayor que la carga y no se desarrolla energía durante los golpes restantes (succión, compresión, expansión).
Por tanto, se monta un volante que absorbe la energía durante la carrera de potencia y la libera durante las carreras restantes.
Generalmente, durante la carrera de potencia la velocidad del cigüeñal aumenta y durante las otras carreras esta velocidad disminuye. Con este volante se puede reducir esta fluctuación de velocidad.
Coeficiente de velocidad de fluctuación.
La diferencia entre la velocidad máxima del motor y la velocidad mínima del motor durante el ciclo se llama Velocidad de fluctuación. La relación entre la velocidad máxima y la velocidad mínima se llama Coeficiente de fluctuación de velocidad.
La velocidad promedio N = (N1+N2)/2
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donde norte1 y N2 velocidades máximas y mínimas durante el ciclo termodinámico
∴ Coeficiente de fluctuación de velocidad relacionado con la velocidad (rpm)
∴ Coeficiente de variación de la velocidad con relación a la velocidad angular
∴ Coeficiente de variación de la velocidad con relación a la velocidad lineal
El coeficiente de variación de velocidad es un factor limitante en el diseño de volantes.
Asimismo, también podemos calcular la energía almacenada en el volante utilizando la siguiente derivación.
Energía almacenada en el volante.
Considere un volante con radio de llanta R como se muestra en el siguiente diagrama. Cuya masa es METRO Y k es el radio de giro y I es el momento de inercia de la masa respecto de su eje de rotación. (Consulte esta calculadora de momento de inercia para calcular la inercia del volante. Será divertido)
como mencionamos anteriormente norte1 y N2 velocidades máximas y mínimas durante el ciclo termodinámico. igualmente ω1 y ω2 son las velocidades angulares.
La energía cinética media del volante se puede escribir como:
mi = (yo × ω2 )/2
mi = (metro × k2 ×ω2 )/2
Unidades en julios o Nm
Se da un poco de consideración al giro. k también se considera lo mismo R la llanta del volante con radio.
Dado que la velocidad del volante cambia de ω1 a ω2,
ΔE = Energía cinética máxima del volante – Energía cinética mínima del volante
ΔE = (yo × (ω1)2)/2 – (I × (ω2)2)/2
ΔE = yo ×[ (ω1)2 -(ω2)2)]/2 =
ΔE = yo ×[(ω1 + ω2)(ω1 – ω2)]/2
De la ecuación de la velocidad angular media podemos escribir
ΔE = yo × ω(ω1 – ω2)
A partir del coeficiente de fluctuación de la velocidad en términos de la ecuación de velocidad angular podemos escribir
ΔE = Yo × ω2 × CS
De la ecuación de la energía cinética del volante también podemos escribir lo siguiente.
ΔE = 2E CS (Julios o Nm)
Esta ecuación anterior representa la energía almacenada en el volante.
Diploma
Hemos analizado qué es el volante y cómo resulta útil como dispositivo de almacenamiento de energía en motores alternativos y diésel. Además, se derivaron las fórmulas para calcular la energía almacenada en el volante y el coeficiente de fluctuación de velocidad. Si tiene alguna otra idea sobre este tema, háganoslo saber en la sección de comentarios a continuación.
El volante de inercia: el almacén de energía para los motores cíclicos
El volante de inercia, también conocido como el depósito de energía o anillo de inercia, se utiliza para almacenar la energía durante el período en el que la oferta de energía es mayor que la requerida y utilizarla durante el período en el que es menor que la requerida en la operación cíclica.
Volante de inercia
En el caso de los compresores alternativos, los motores de combustión interna y las máquinas de vapor, la energía se desarrolla durante una carrera de potencia y el motor debe completar las carreras restantes en el ciclo con esta energía generada por la carrera de potencia.
Por ejemplo, en el caso de los motores de combustión interna de cuatro tiempos, habrá una carrera de potencia por cada dos rotaciones de la manivela. La energía desarrollada durante la carrera de potencia es mayor que la carga y no se desarrolla energía durante las carreras restantes (admisión, compresión, expansión).
Por lo tanto, se instala un volante de inercia para absorber la energía durante la carrera de potencia y liberarla durante las carreras restantes.
Generalmente, durante la carrera de potencia, la velocidad de la manivela aumentará y durante las otras carreras, esta velocidad se reducirá. Esta fluctuación de velocidad se puede reducir con este volante de inercia.
Coeficiente de fluctuación de velocidad
La diferencia entre la velocidad máxima del motor y la velocidad mínima durante el ciclo se llama velocidad de fluctuación. La relación entre la velocidad máxima y la velocidad mínima se llama coeficiente de fluctuación de velocidad.
La velocidad media N = (N1+N2)/2
Donde N1 y N2 son las velocidades máxima y mínima durante el ciclo termodinámico.
Por lo tanto, el coeficiente de fluctuación de velocidad en términos de velocidad (rpm) es:
Coeficiente de fluctuación de velocidad = (N1 – N2) / (N1 + N2)
El coeficiente de fluctuación de velocidad es un factor limitante en el diseño del volante de inercia.
Energía almacenada en el volante de inercia
Podemos calcular la energía almacenada en el volante de inercia con la siguiente derivación.
Consideremos un volante de inercia con un radio de aro R, cuya masa es m y k es el radio de giro y I es el momento de inercia en masa alrededor de su eje de rotación.
Dado que la velocidad del volante cambia de ω1 a ω2, la diferencia de energía se puede calcular como:
ΔE = I × ω(ω1 – ω2)
La ecuación anterior representa la energía almacenada en el volante de inercia.
Conclusión
Hemos discutido qué es el volante de inercia y cómo es útil como almacenamiento de energía en los motores alternativos y de combustión interna. También hemos derivado las fórmulas para calcular la energía almacenada en el volante de inercia y el coeficiente de fluctuación de velocidad. Si tienes alguna idea adicional sobre este tema, háznoslo saber en la sección de comentarios a continuación.
Preguntas frecuentes
- ¿Qué es un volante de inercia?
- ¿Por qué se utiliza un volante de inercia?
- ¿Cómo se calcula la energía almacenada en un volante de inercia?
Un volante de inercia es un dispositivo utilizado para almacenar energía durante el período en el que la oferta de energía es mayor que la requerida y liberarla durante el período en el que es menor que la requerida en la operación cíclica de motores y máquinas.
Un volante de inercia se utiliza para reducir la fluctuación de velocidad en motores cíclicos como compresores, motores de combustión interna y máquinas de vapor.
La energía almacenada en un volante de inercia se puede calcular utilizando la fórmula ΔE = I × ω(ω1 – ω2), donde I es el momento de inercia, ω1 y ω2 son las velocidades máxima y mínima, y ΔE es la diferencia de energía.
Referencias: