volante de inercia flywheel

volante de inercia flywheel

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Pela lei da conservação da energia, o disco teria tendência em continuar a rodar. Sendo assim, a massa m voltaria a subir até atingir de novo altura máxima (h). Se não existir atrito, o disco permanecerá em movimento constante com o período T, e indefinidamente, baseando-se o funcionamento da "Flywheel" neste princípio.

Desenho da "Flywheel" Sendo:

D0, D, diâmetro exterior e diâmetro médio do aro; h, espessura do aro; v, velocidade média aro; w, peso do aro da "flywheel"; b, largura da "flywheel"; γγγγ , Peso específico;

Ef = Ectrans+Ecrot

Podemos, então, concluir que v = ωωωω R, uma vez que a massa e o disco estão interligados.

Diz-nos ainda o princípio da conservação de energia que:

De onde se pode concluir que o período (T) da rotação do disco é dado por:

∆∆∆∆ E, variação de energia I, momento de inércia da massa da "flywheel"

Ka, coeficiente de flutuação da velocidade , onde , e representam, respectivamente, a velocidade máxima, a velocidade mínima e a velocidade média

K, raio de rotação da "flywheel"

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n, número de braços - 6, 8 ou 10;

Mt, binário transmitido; T1, T2, tensões nas correias.

Variação da energia (cálculos para alguns tipos de "Flywheel")

(fórmula geral) Para o aro da "flywheel"

e quando h é pequeno, Para o disco da "flywheel"

Para "FlyWheel" com massa inercial constante v < 1500 m/min para uma potência Hp (horse power) <100 v < 2000 m/min para uma potência Hp(horse power) >100 Para "Flywheel" típicos em aço v= 3000 - 4000 m/min

Para a roldana da "flywheel"

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De onde se pode concluir que os esforços nos são dados por:

Problemas de Construção Atrito Um dos principais problemas de construção da flywheel é o atrito.

Para que o disco da flywheel fique a girar indefinidamente será necessário que não exista qualquer tipo de força que contrarie o seu movimento.

Para reduzir o atrito a um valor nulo é necessário que o volante gire livremente no espaço, onde existe vácuo, e sem contacto entre outras peças.

A melhor forma de o conseguir seria colocar o volante no interior de um compartimento estanque onde se faz vácuo. O volante rodaria com o seu veio em "levitação" magnética com a ajuda de modernas chumaceiras magnéticas. Desta forma consegue-se que não haja contacto com outras peças e, teoricamente, o atrito seria zero.

b deve ser 3 a 5 cm superior à correia

Esforços no aro Tensão devida à força centrífuga

Tensão devida à resistência do material

, para massas inerciais constantes; , para massas inerciais constantes;

, para aço; Esforços nas extremidades do braço

Tensão devida à resistência do material

- Para massas inerciais constantes:

(para cargas elevadas) Secção do braço

, com

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Choques Mecânicos Exteriores

No caso da flywheel ser colocada num automóvel esta vai ser sujeita a vibrações causadas por irregularidades da estrada e pela turbulência do ar devidas ao movimento do veículo.

O sistema da flywheel deverá ser capaz de absorver as cargas dinâmicas originadas. Geralmente as cargas transitórias devem ser isoladas do rotor (volante) por amortecedores e sistemas elastométricos. Se assim não for o veio que roda em levitação magnética irá tocar, por vezes, na parte fixa, causando atrito e, logo, perda de energia.

Resistência à Força Centrífuga

Para que haja rentabilidade é necessário que o volante rode a enormes velocidades (>>100000 r.p.m.). Isto provoca enormes forças centrífugas. Já se provou que o volante de aço apenas suporta até 60000 r.p.m.. Logo, ter-se-á que utilizar materiais com enorme resistência mecânica.

As fibras de carbono apenas 3,6 vezes mais fortes que o aço armazenam 17 vezes mais energia. Actualmente já existem fibras de carbono 9 vezes mais resistentes que o aço.

Correntes de Foucault

Devido à presença de chumaceiras magnéticas facilmente surgem correntes induzidas nos materiais condutores (que constituem a flywheel) que se deslocam relativamente aos campos magnéticos. Estas correntes provocam perdas por aquecimento. Como tal, serão necessários certos cuidados de construção para minimizar as correntes de Foucault.

Efeito Giroscópico

Devido à presença de um volante rodando a enormes velocidades dentro de um contentor, este último tende a rodar no mesmo sentido (efeito giroscópico). Este efeito pode trazer instabilidade ao veículo que o transporta; por isso terá de ser minimizado.

Para tal sugere-se que sejam montados dois volantes a girarem em sentidos contrários para que se possa anular o efeito. Materiais Magnéticos

Para se produzir energia eléctrica é necessário, além da fonte de energia mecânica, um campo magnético. Sabe-se que os materiais magnetizados perdem o seu magnetismo se forem sujeitos a um choque mecânico intenso. Rodando a enormes velocidades, os materiais que armazenam um campo magnético facilmente o podem perder.

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