TransportationEdit
AutomotiveEdit
Nos anos 50, os ônibus movidos a volante, conhecidos como gyrobuses, eram usados em Yverdon (Suíça) e Ghent (Bélgica) e há uma pesquisa em andamento para fazer sistemas de volante que são menores, mais leves, mais baratos e com maior capacidade. Espera-se que os sistemas de volante possam substituir as baterias químicas convencionais para aplicações móveis, como por exemplo, para veículos eléctricos. Os sistemas de volante de inércia propostos eliminariam muitas das desvantagens dos sistemas de energia das baterias existentes, tais como baixa capacidade, tempos de carga longos, peso pesado e tempos de vida útil curtos. Os volantes de mosca volante podem ter sido usados no Chrysler Patriot experimental, embora isso tenha sido contestado.
Volantes de mosca volante também foram propostos para uso em transmissões continuamente variáveis. Punch Powertrain está atualmente trabalhando em tal dispositivo.
Durante os anos 90, a Rosen Motors desenvolveu uma série híbrida de turbinas a gás, usando um volante de 55.000 rpm para fornecer explosões de aceleração que o pequeno motor de turbina a gás não poderia fornecer. O volante de inércia também armazena energia através da frenagem regenerativa. O volante foi composto por um cubo de titânio com um cilindro de fibra de carbono e foi montado em cardan para minimizar os efeitos giroscópicos adversos no manuseio do veículo. O protótipo do veículo foi testado com sucesso em 1997, mas nunca foi produzido em série.
Em 2013, a Volvo anunciou um sistema de volante montado no eixo traseiro do seu sedan S60. A acção de travagem faz girar o volante até às 60.000 rpm e pára o motor montado à frente. A energia do volante de inércia é aplicada através de uma transmissão especial para alimentar parcial ou totalmente o veículo. O volante de 20 centímetros (7,9 pol.), 6 quilogramas (13 lb) de fibra de carbono gira no vácuo para eliminar a fricção. Quando associado a um motor de quatro cilindros, ele oferece até 25% de redução no consumo de combustível em comparação com um turbo de seis cilindros de desempenho comparável, proporcionando um aumento de 80 cavalos de potência (60 kW) e permitindo que ele alcance 100 quilômetros por hora (62 mph) em 5,5 segundos. A empresa não anunciou planos específicos para incluir a tecnologia em sua linha de produtos.
Em julho de 2014 a GKN adquiriu a divisão Williams Hybrid Power (WHP) e pretende fornecer 500 sistemas de volante elétrico Gyrodrive de fibra de carbono aos operadores de ônibus urbanos nos próximos dois anos. Como o antigo nome do desenvolvedor implica, estes foram originalmente projetados para aplicações em corridas de Fórmula 1. Em setembro de 2014, a Oxford Bus Company anunciou que está introduzindo 14 ônibus híbridos Gyrodrive por Alexander Dennis em sua operação Brookes Bus.
Veículos FerroviáriosEdit
Sistemas de volante de avião têm sido usados experimentalmente em pequenas locomotivas elétricas para manobras ou comutação, por exemplo, a Locomotiva Sentinel-Oerlikon Gyro. As locomotivas eléctricas maiores, por exemplo, British Rail Class 70, foram por vezes equipadas com propulsores de volante de inércia para as transportar sobre folgas no terceiro carril. Os volantes avançados, como o pacote de 133 kWh da Universidade do Texas em Austin, podem pegar um trem desde uma partida de pé até a velocidade de cruzeiro.
The Parry People Mover é um vagão que é movido por um volante de inércia. Foi testado aos domingos durante 12 meses na Stourbridge Town Branch Line em West Midlands, Inglaterra, durante 2006 e 2007, e foi concebido para ser introduzido como um serviço completo pelo operador de comboios London Midland em Dezembro de 2008, uma vez encomendadas duas unidades. Em janeiro de 2010, ambas as unidades estão em operação.
Eletrificação dos trilhosEditar
FES podem ser usadas nas linhas de ferrovias eletrificadas para ajudar a regular a tensão da linha, melhorando assim a aceleração dos trens elétricos não modificados e a quantidade de energia recuperada de volta à linha durante a frenagem regenerativa, baixando assim as contas de energia. Foram realizados ensaios em Londres, Nova Iorque, Lyon e Tóquio, e a Long Island Rail Road da MTA de Nova Iorque está agora investindo $5,2 milhões em um projeto piloto na linha West Hempstead Branch da LIRR. Estes ensaios e sistemas armazenam energia cinética em rotores que consistem em um cilindro composto de carbono e vidro embalado com pó de neodímio e ferro-boro que forma um ímã permanente. Estes spin a até 37800rev/min, e cada unidade de 100 kW pode armazenar 11 megajoules (3,1 kWh) de energia reutilizável, aproximadamente o suficiente para acelerar um peso de 200 toneladas métricas de zero a 38 km/h.
Energia ininterruptaEditar
Sistemas de armazenamento de energia em produção a partir de 2001 têm capacidades de armazenamento comparáveis às baterias e taxas de descarga mais rápidas. Eles são usados principalmente para fornecer nivelamento de carga para grandes sistemas de baterias, como uma fonte de alimentação ininterrupta para centros de dados, pois economizam uma quantidade considerável de espaço em comparação com sistemas de baterias.
Manutenção da roda volante em geral funciona cerca de metade do custo dos sistemas UPS com baterias tradicionais. A única manutenção é uma rotina básica de manutenção preventiva anual e a substituição dos rolamentos a cada cinco a dez anos, o que leva cerca de quatro horas. Os novos sistemas de volante de inércia levitam completamente a massa giratória usando rolamentos magnéticos livres de manutenção, eliminando assim a manutenção mecânica dos rolamentos e falhas.
Custos de uma UPS de volante de inércia totalmente instalada (incluindo o condicionamento de energia) são (em 2009) cerca de $330 por quilowatt (para 15 segundos de capacidade de carga completa).
Laboratórios de testeEditar
Um nicho de mercado de longa data para sistemas de energia de volante de inércia são instalações onde disjuntores e dispositivos similares são testados: mesmo um pequeno disjuntor doméstico pode ser classificado para interromper uma corrente de 10000 ou mais amperes, e unidades maiores podem ter classificações de interrupção de 100000 ou 1000000 amperes. As enormes cargas transitórias produzidas forçando deliberadamente tais dispositivos a demonstrar sua capacidade de interromper curto-circuitos simulados teriam efeitos inaceitáveis na rede local se esses testes fossem feitos diretamente da energia de construção. Tipicamente tal laboratório terá vários conjuntos grandes de moto-geradores, que podem ser girados à velocidade durante vários minutos; então o motor é desconectado antes que um disjuntor seja testado.
Laboratórios de físicaEditar
Experimentos de fusão de Tokamak precisam de correntes muito altas para intervalos breves (principalmente para alimentar grandes eletroímãs por alguns segundos).
- JET (o Joint European Torus) tem dois volantes de 775 toneladas (instalados em 1981) que giram até 225 rpm. Cada volante armazena 3,75 GJ e pode fornecer até 400MW.
- A Experiência Helicoidal Simétrica na Universidade de Wisconsin-Madison tem 18 volantes de uma tonelada, que são girados até 10.000 rpm usando motores de trem elétricos redirecionados.
- A ASDEX tem 3 geradores de volante.
- DIII-D (tokamak) no General Atomics
- o Princeton Large Torus (PLT) no Laboratório de Física de Plasma de Princeton
Também o non-tokamak: Nimrod synchrotron no Laboratório Rutherford Appleton tinha dois volantes de 30 toneladas.
Sistemas de lançamento de aeronavesEditar
O porta-aviões da classe Gerald R. Ford- usa volantes de voo para acumular energia da fonte de alimentação do navio, para uma rápida libertação no sistema de lançamento electromagnético de aeronaves. O sistema de energia a bordo do navio não pode, por si só, fornecer os transientes de alta potência necessários para o lançamento de aeronaves. Cada um de quatro rotores irá armazenar 121 MJ (34 kWh) a 6400 rpm. Eles podem armazenar 122 MJ (34 kWh) em 45 segundos e liberá-lo em 2-3 segundos. As densidades de energia do volante são de 28 kJ/kg (8 W-h/kg); incluindo os estatores e caixas, este valor desce para 18,1 kJ/kg (5 W-h/kg), excluindo a estrutura de torque.
Volante G2 da NASA para armazenamento de energia da nave espacialEditar
Este foi um projeto financiado pelo Centro de Pesquisa Glenn da NASA e destinado a testes de componentes em um ambiente de laboratório. Utilizou um aro de fibra de carbono com um cubo de titânio projetado para girar a 60.000 rpm, montado sobre rolamentos magnéticos. O peso foi limitado a 250 libras. O armazenamento era de 525 W-hr (1,89 MJ) e podia ser carregado ou descarregado a 1 kW. O modelo de trabalho mostrado na fotografia no topo da página funcionava a 41.000 rpm em 2 de setembro de 2004.
Passeios de divertimentoEditar
A montanha-russa Vingança de Montezooma na Knott’s Berry Farm foi a primeira montanha-russa de rodas volantes do mundo e é a última deste tipo ainda a funcionar nos Estados Unidos. O passeio usa um volante de 7,6 toneladas para acelerar o trem para 55 milhas por hora (89 km/h) em 4,5 segundos.
A incrível montanha-russa Hulk nas Ilhas de Aventura da Universal apresenta um rápido e acelerado lançamento em subida, ao contrário da queda típica da gravidade. Isto é conseguido através de potentes motores de tracção que atiram o carro para cima da pista. Para alcançar a breve corrente muito alta necessária para acelerar um trem de montanha-russa a toda velocidade, o parque utiliza vários grupos geradores de motores com grandes volantes. Sem essas unidades de energia armazenada, o parque teria que investir em uma nova subestação ou arriscar a extinção da rede de energia local toda vez que a viagem fosse lançada.
Pulse powerEdit
Flywheel Energy Storage Systems (FESS) são encontrados em uma variedade de aplicações que vão desde a gestão de energia conectada à rede até o fornecimento ininterrupto de energia. Com o progresso da tecnologia, há uma rápida renovação envolvida na aplicação de FESS. Exemplos disso são as armas de alta potência, os trens de força de aeronaves e os sistemas de bordo de navios, onde o sistema requer uma potência muito alta por um curto período de tempo na ordem de alguns segundos e até milissegundos.O alternador pulsado compensado (compulsor) é uma das escolhas mais populares de fontes de alimentação pulsadas para reatores de fusão, lasers pulsados de alta potência e lançadores eletromagnéticos de hipervelocidade, devido à sua alta densidade de energia e densidade de potência, que geralmente é projetado para o FESS. Os compulsores (alternadores de baixa indução) agem como capacitores, eles podem ser girados para fornecer energia pulsada para armas ferroviárias e lasers. Em vez de ter um volante e um gerador separados, apenas o grande rotor do alternador armazena energia. Ver também Homopolar generator.
Motor sportsEdit
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Utilizando uma transmissão continuamente variável (CVT), a energia é recuperada do trem de tração durante a frenagem e armazenada em um volante de inércia. Esta energia armazenada é então utilizada durante a aceleração, alterando a relação da CVT. Em aplicações desportivas motorizadas, esta energia é utilizada para melhorar a aceleração em vez de reduzir as emissões de dióxido de carbono – embora a mesma tecnologia possa ser aplicada aos veículos rodoviários para melhorar a eficiência do combustível.
Automobile Club de l’Ouest, o organizador do evento anual 24 Horas de Le Mans e da Le Mans Series, está actualmente “a estudar regras específicas para o LMP1 que será equipado com um sistema de recuperação de energia cinética”
Williams Hybrid Power, uma subsidiária da Williams F1 Racing Team, forneceu à Porsche e à Audi um sistema híbrido baseado no volante para o 911 GT3 R Hybrid da Porsche e para o Audi R18 e-Tron Quattro da Audi. A vitória da Audi em 2012 24 Horas de Le Mans é a primeira para um veículo híbrido (diesel-eléctrico).
Armazenamento de energia da redeEditar
Os volantes de inércia são por vezes utilizados como reserva de curto prazo para a regulação momentânea da frequência da rede e para equilibrar alterações súbitas entre a alimentação e o consumo. Sem emissões de carbono, tempos de resposta mais rápidos e capacidade de comprar energia em horas de vazio estão entre as vantagens de usar volantes de inércia ao invés de fontes tradicionais de energia como turbinas a gás natural. O funcionamento é muito semelhante ao das baterias na mesma aplicação, suas diferenças são principalmente econômicas.
Beacon Power abriu uma usina de armazenamento de energia em volante de 5 MWh (20 MW durante 15 min) em Stephentown, Nova York, em 2011, utilizando 200 volantes e um sistema similar de 20 MW em Hazle Township, Pensilvânia, em 2014.
A usina de armazenamento de energia em volante de 2 MW (durante 15 min) em Minto, Ontário, Canadá abriu em 2014. O sistema de volante (desenvolvido pela NRStor) utiliza 10 volantes de aço girando em rolamentos magnéticos.
Amber Kinetics, Inc. tem um acordo com a Pacific Gas and Electric (PG&E) para uma instalação de armazenamento de energia de volante de 20 MW / 80 MWh localizada em Fresno, CA, com uma duração de descarga de quatro horas.
Turbinas eólicasEditar
Turbinas eólicas podem ser usadas para armazenar energia gerada por turbinas eólicas durante períodos fora de pico ou durante altas velocidades de vento.
Em 2010, a Beacon Power começou a testar o seu sistema de armazenamento de energia em volante de inércia Smart Energy 25 (Gen 4) em um parque eólico em Tehachapi, Califórnia. O sistema fazia parte de um projeto de demonstração de energia eólica/volante em andamento para a California Energy Commission.
ToysEdit
Motores de fricção usados para alimentar muitos carros de brinquedo, caminhões, trens, brinquedos de ação e outros, são motores de volante simples.
Prensas de ação alternadaEdit
Na indústria, as prensas de ação alternada ainda são populares. O arranjo habitual envolve um virabrequim muito forte e uma biela de alta resistência que aciona a prensa. Os volantes grandes e pesados são acionados por motores elétricos, mas os volantes giram o virabrequim somente quando as embreagens são acionadas.