TransporteEditar
AutomociónEditar
En la década de 1950, se utilizaron autobuses con volante de inercia, conocidos como girobuses, en Yverdon (Suiza) y Gante (Bélgica), y se está investigando para fabricar sistemas de volante de inercia más pequeños, más ligeros, más baratos y con mayor capacidad. Se espera que los sistemas de volante de inercia puedan sustituir a las baterías químicas convencionales para aplicaciones móviles, como las de los vehículos eléctricos. Los sistemas de volantes de inercia propuestos eliminarían muchas de las desventajas de los actuales sistemas de alimentación por batería, como la baja capacidad, los largos tiempos de carga, el gran peso y la corta vida útil. Los volantes de inercia pueden haberse utilizado en el Chrysler Patriot experimental, aunque esto se ha puesto en duda.
Los volantes de inercia también se han propuesto para su uso en transmisiones variables continuas. Punch Powertrain está trabajando actualmente en un dispositivo de este tipo.
Durante la década de 1990, Rosen Motors desarrolló una cadena cinemática híbrida de serie alimentada por una turbina de gas que utilizaba un volante de inercia de 55.000 rpm para proporcionar ráfagas de aceleración que el pequeño motor de turbina de gas no podía proporcionar. El volante de inercia también almacenaba energía mediante el frenado regenerativo. El volante de inercia estaba compuesto por un cubo de titanio con un cilindro de fibra de carbono y estaba montado en un cardán para minimizar los efectos giroscópicos adversos en el manejo del vehículo. El prototipo del vehículo se probó con éxito en carretera en 1997, pero nunca se fabricó en serie.
En 2013, Volvo anunció un sistema de volante de inercia instalado en el eje trasero de su berlina S60. La acción de frenado hace girar el volante de inercia hasta 60.000 rpm y detiene el motor montado en la parte delantera. La energía del volante se aplica a través de una transmisión especial para impulsar parcial o totalmente el vehículo. El volante de fibra de carbono de 20 centímetros (7,9 pulgadas) y 6 kilogramos (13 libras) gira en el vacío para eliminar la fricción. Cuando se asocia a un motor de cuatro cilindros, ofrece una reducción del consumo de combustible de hasta el 25% en comparación con un motor de seis cilindros turbo de rendimiento similar, proporcionando un impulso de 80 caballos (60 kW) y permitiendo alcanzar los 100 kilómetros por hora (62 mph) en 5,5 segundos. La empresa no anunció planes específicos para incluir la tecnología en su línea de productos.
En julio de 2014, GKN adquirió la división Williams Hybrid Power (WHP) y tiene la intención de suministrar 500 sistemas de volantes eléctricos Gyrodrive de fibra de carbono a los operadores de autobuses urbanos en los próximos dos años.Tal y como indica el nombre del antiguo desarrollador, estos fueron diseñados originalmente para aplicaciones de carreras de motor de Fórmula 1. En septiembre de 2014, Oxford Bus Company anunció que está introduciendo 14 autobuses híbridos Gyrodrive de Alexander Dennis en su operación Brookes Bus.
Vehículos ferroviariosEditar
Los sistemas de volante se han utilizado de forma experimental en pequeñas locomotoras eléctricas para maniobras o conmutación, por ejemplo, la locomotora Sentinel-Oerlikon Gyro. Las locomotoras eléctricas de mayor tamaño, como las de la clase 70 de los ferrocarriles británicos, han sido equipadas a veces con volantes de inercia para superar los huecos en el tercer carril. Los volantes de inercia más avanzados, como el paquete de 133 kWh de la Universidad de Texas en Austin, pueden llevar a un tren desde el arranque hasta la velocidad de crucero.
El Parry People Mover es un vagón impulsado por un volante de inercia. Se probó los domingos durante 12 meses en la línea Stourbridge Town Branch en West Midlands, Inglaterra, durante 2006 y 2007, y estaba previsto que el operador ferroviario London Midland lo introdujera como servicio completo en diciembre de 2008, una vez encargadas dos unidades. En enero de 2010, ambas unidades están en funcionamiento.
Electrificación ferroviariaEditar
Los FES pueden utilizarse en las líneas de los ferrocarriles electrificados para ayudar a regular la tensión de la línea, mejorando así la aceleración de los trenes eléctricos no modificados y la cantidad de energía recuperada de vuelta a la línea durante el frenado regenerativo, reduciendo así la factura energética. Se han realizado ensayos en Londres, Nueva York, Lyon y Tokio, y la Long Island Rail Road de la MTA de Nueva York está invirtiendo 5,2 millones de dólares en un proyecto piloto en la línea West Hempstead Branch de la LIRR.Estos ensayos y sistemas almacenan la energía cinética en rotores que consisten en un cilindro de compuesto de carbono y vidrio lleno de polvo de neodimio-hierro-boro que forma un imán permanente. Estos rotores giran a una velocidad de hasta 37800rev/min, y cada unidad de 100 kW puede almacenar 11 megajulios (3,1 kWh) de energía reutilizable, aproximadamente lo suficiente para acelerar un peso de 200 toneladas métricas de cero a 38 km/h.
Sistemas de almacenamiento de energía ininterrumpidaEditar
Los sistemas de almacenamiento de energía de ruedas volantes en producción a partir de 2001 tienen capacidades de almacenamiento comparables a las baterías y velocidades de descarga más rápidas. Se utilizan principalmente para proporcionar nivelación de carga a grandes sistemas de baterías, como un sistema de alimentación ininterrumpida para centros de datos, ya que ahorran una cantidad considerable de espacio en comparación con los sistemas de baterías.
El mantenimiento de las ruedas volantes, en general, cuesta aproximadamente la mitad que el de los sistemas SAI de baterías tradicionales. El único mantenimiento es una rutina básica de mantenimiento preventivo anual y la sustitución de los rodamientos cada cinco o diez años, lo que lleva unas cuatro horas. Los sistemas de volante de inercia más recientes hacen levitar completamente la masa giratoria mediante cojinetes magnéticos que no requieren mantenimiento, eliminando así el mantenimiento y los fallos de los cojinetes mecánicos.
Los costes de un SAI de volante de inercia completamente instalado (incluyendo el acondicionamiento de la energía) son (en 2009) de unos 330 dólares por kilovatio (para 15 segundos de capacidad de carga completa).
Laboratorios de pruebasEditar
Un nicho de mercado de larga data para los sistemas de energía con volante de inercia son las instalaciones donde se prueban los disyuntores y dispositivos similares: incluso un pequeño disyuntor doméstico puede tener capacidad para interrumpir una corriente de 10000 o más amperios, y las unidades más grandes pueden tener capacidades de interrupción de 100000 o 1000000 amperios. Las enormes cargas transitorias producidas al forzar deliberadamente estos dispositivos para demostrar su capacidad de interrumpir cortocircuitos simulados tendrían efectos inaceptables en la red local si estas pruebas se hicieran directamente con la energía del edificio. Normalmente, un laboratorio de este tipo dispondrá de varios conjuntos de motor-generador de gran tamaño, que pueden acelerarse durante varios minutos; luego se desconecta el motor antes de probar un disyuntor.
Laboratorios de físicaEditar
Los experimentos de fusión de Tokamak necesitan corrientes muy altas durante intervalos breves (principalmente para alimentar grandes electroimanes durante unos segundos).
- JET (el Joint European Torus) tiene dos volantes de inercia de 775 toneladas (instalados en 1981) que giran hasta 225 rpm. Cada volante almacena 3,75 GJ y puede suministrar hasta 400MW.
- El Experimento de Simetría Helicoidal de la Universidad de Wisconsin-Madison tiene 18 volantes de inercia de una tonelada, que giran a 10.000 rpm utilizando motores de trenes eléctricos reutilizados.
- ASDEX tiene 3 generadores de volante de inercia.
- DIII-D (tokamak) en General Atomics
- el Gran Torus de Princeton (PLT) en el Laboratorio de Física del Plasma de Princeton
También el no tokamak: el sincrotrón Nimrod en el Laboratorio Rutherford Appleton tenía dos volantes de 30 toneladas.
Sistemas de lanzamiento de avionesEditar
El portaaviones de la clase Gerald R. Ford utilizará volantes de inercia para acumular energía de la fuente de alimentación del buque, para liberarla rápidamente en el sistema electromagnético de lanzamiento de aviones. El sistema de alimentación del buque no puede suministrar por sí solo los transitorios de alta potencia necesarios para el lanzamiento de las aeronaves. Cada uno de los cuatro rotores almacenará 121 MJ (34 kWh) a 6400 rpm. Pueden almacenar 122 MJ (34 kWh) en 45 segundos y liberarlos en 2-3 segundos. Las densidades de energía del volante son de 28 kJ/kg (8 W-h/kg); incluyendo los estatores y las carcasas esto se reduce a 18,1 kJ/kg (5 W-h/kg), excluyendo el marco de torsión.
Volante G2 de la NASA para el almacenamiento de energía en naves espacialesEditar
Este fue un diseño financiado por el Centro de Investigación Glenn de la NASA y destinado a la prueba de componentes en un entorno de laboratorio. Utilizaba una llanta de fibra de carbono con un cubo de titanio diseñado para girar a 60.000 rpm, montado sobre cojinetes magnéticos. El peso estaba limitado a 250 libras. El almacenamiento era de 525 W-hr (1,89 MJ) y podía cargarse o descargarse a 1 kW. El modelo en funcionamiento que se muestra en la fotografía de la parte superior de la página funcionaba a 41.000 rpm el 2 de septiembre de 2004.
AtraccionesEditar
La montaña rusa Montezooma’s Revenge de Knott’s Berry Farm fue la primera montaña rusa con volante de inercia del mundo y es la última atracción de este tipo que sigue funcionando en Estados Unidos. La atracción utiliza un volante de inercia de 7,6 toneladas para acelerar el tren hasta las 55 millas por hora (89 km/h) en 4,5 segundos.
La montaña rusa Incredible Hulk en Universal’s Islands of Adventure cuenta con un lanzamiento cuesta arriba de rápida aceleración en lugar de la típica caída por gravedad. Esto se consigue mediante potentes motores de tracción que lanzan el coche hacia arriba en la pista. Para conseguir la brevísima corriente necesaria para acelerar un tren completo de la montaña rusa a toda velocidad cuesta arriba, el parque utiliza varios grupos motogeneradores con grandes volantes de inercia. Sin estas unidades de energía almacenada, el parque tendría que invertir en una nueva subestación o arriesgarse a que la red de energía local se apagara cada vez que la atracción se pusiera en marcha.
Energía de impulsosEditar
Los sistemas de almacenamiento de energía en volantes (FESS) se encuentran en una variedad de aplicaciones que van desde la gestión de la energía conectada a la red hasta los sistemas de alimentación ininterrumpida. Con el progreso de la tecnología, hay una rápida renovación en la aplicación de los FESS. Algunos ejemplos son las armas de alta potencia, los trenes motrices de las aeronaves y los sistemas de alimentación de los barcos, en los que el sistema requiere una potencia muy elevada durante un breve periodo del orden de unos segundos e incluso milisegundos.El alternador pulsado compensado (compulsor) es una de las opciones más populares de fuentes de alimentación pulsada para los reactores de fusión, los láseres pulsados de alta potencia y los lanzadores electromagnéticos de hipervelocidad, debido a su alta densidad de energía y potencia, que generalmente está diseñada para el FESS.Los compulsores (alternadores de baja inductancia) actúan como condensadores, pueden girar para proporcionar energía pulsada para los cañones de riel y los láseres. En lugar de tener un volante y un generador separados, sólo el gran rotor del alternador almacena energía. Véase también Generador homopolar.
Deportes de motorEditar
Utilizando una transmisión variable continua (CVT), la energía se recupera del tren motriz durante el frenado y se almacena en un volante de inercia. Esta energía almacenada se utiliza durante la aceleración modificando la relación de la CVT. En las aplicaciones de deportes de motor, esta energía se utiliza para mejorar la aceleración en lugar de reducir las emisiones de dióxido de carbono, aunque la misma tecnología puede aplicarse a los coches de carretera para mejorar la eficiencia del combustible.
Automobile Club de l’Ouest, el organizador detrás de la prueba anual de las 24 Horas de Le Mans y de las Le Mans Series, está actualmente «estudiando normas específicas para los LMP1 que estarán equipados con un sistema de recuperación de energía cinética»
Williams Hybrid Power, una filial del equipo Williams F1 Racing, ha suministrado a Porsche y Audi un sistema híbrido basado en un volante de inercia para el 911 GT3 R Hybrid de Porsche y el R18 e-Tron Quattro de Audi. La victoria de Audi en las 24 horas de Le Mans de 2012 es la primera de un vehículo híbrido (diésel-eléctrico).
Almacenamiento de energía en la redEditar
Los volantes se utilizan a veces como reserva giratoria a corto plazo para la regulación momentánea de la frecuencia de la red y para equilibrar los cambios repentinos entre la oferta y el consumo. La ausencia de emisiones de carbono, los tiempos de respuesta más rápidos y la posibilidad de comprar energía en las horas de menor consumo son algunas de las ventajas de utilizar volantes de inercia en lugar de fuentes de energía tradicionales como las turbinas de gas natural. El funcionamiento es muy similar al de las baterías en la misma aplicación, sus diferencias son principalmente económicas.
Beacon Power abrió una planta de almacenamiento de energía con volante de inercia de 5 MWh (20 MW durante 15 min) en Stephentown, Nueva York, en 2011 utilizando 200 volantes de inercia y un sistema similar de 20 MW en Hazle Township, Pensilvania, en 2014.
Una instalación de almacenamiento con volante de inercia de 2 MW (durante 15 min) en Minto, Ontario, Canadá, abrió en 2014. El sistema de volante de inercia (desarrollado por NRStor) utiliza 10 volantes de acero giratorios sobre cojinetes magnéticos.
Amber Kinetics, Inc. tiene un acuerdo con Pacific Gas and Electric (PG&E) para una instalación de almacenamiento de energía de volante de inercia de 20 MW / 80 MWh situada en Fresno, CA, con una duración de descarga de cuatro horas.
Turbinas eólicasEditar
Los volantes de inercia pueden utilizarse para almacenar la energía generada por las turbinas eólicas durante los periodos valle o durante las altas velocidades del viento.
En 2010, Beacon Power comenzó a probar su sistema de almacenamiento de energía con volante de inercia Smart Energy 25 (Gen 4) en un parque eólico en Tehachapi, California. El sistema formaba parte de un proyecto de demostración de energía eólica/volante de inercia que se estaba llevando a cabo para la Comisión de Energía de California.
JuguetesEditar
Los motores de fricción que se utilizan para accionar muchos coches de juguete, camiones, trenes, juguetes de acción y demás, son simples motores de volante de inercia.
Prensas de acción de palancaEditar
En la industria, las prensas de acción de palanca siguen siendo populares. La disposición habitual implica un cigüeñal muy fuerte y una biela de alta resistencia que acciona la prensa. Los grandes y pesados volantes son accionados por motores eléctricos, pero los volantes giran el cigüeñal sólo cuando se activan los embragues.