Ce este un volant?

Un volant este o roată simplă rotativă folosită pentru a stoca energie sau a stabiliza ceva. Energia pe care o stochează este egală cu momentul său de inerție – un termen de fizică care înseamnă practic masa obiectului înmulțit cu pătratul distanței sale față de axa de rotație – ori cu pătratul vitezei sale unghiulare împărțit la 2. Volanții ajută la stabilizarea acționării arbori supuși unor presiuni alternative, cum ar fi motoarele cu piston sau pompele cu piston. Efectul de stabilizare provine din faptul că volantul rezistă la modificări ale vitezei sale de rotație.

Volanele sunt folosite ca dispozitive de stocare a energiei pentru experimente științifice de mare putere care ar produce o creștere inacceptabilă de putere dacă s-ar elimina puterea din rețeaua electrică. Astfel de baterii de volantă ar putea funcționa în vid, pentru a preveni pierderea de energie din cauza frecării aerului și vor fi accelerate din nou periodic pentru a compensa viteza de rotație pierdută din cauza disipării energiei din căldură și vibrații. Modelele bune de volante vor disipa cât mai puțină căldură și vibrații posibil, reținând energia pentru aplicația țintă.

Un volant stochează cantități diferite de energie în funcție de masa sa și viteza de rotație. De exemplu, o roată de bicicletă are o masă de aproximativ 1 kg (2.2 lb), un diametru de aproximativ 70 cm (28 inchi) și o viteză de rotație de aproximativ 150 rpm (rotări pe minut). Aceasta se adaugă la o energie stocată de 15 J (jouli). Apoi, luați în considerare o roată pe un tren care se deplasează cu 60 km/h (37 mph), cu o masă de 942 kg (2,076 lb), un diametru de 1 m (3.3 ft) și o viteză de rotație de 318 rpm. Acest volant ar avea o energie de rotație de aproximativ 64 kJ (kilojulii), de aproximativ 43,000 de ori mai mare decât roata bicicletei.

Bateriile volante dedicate stocării energiei au energii mult mai mari decât aceste două exemple anterioare, în principal datorită vitezelor extreme de rotație. Un exemplu realizat de o companie de volantă din Ottawa are o masă de 100 kg (220 lb), un diametru de 60 cm (27 inchi) și o viteză de rotație de 20,000 rpm. Această baterie de volantă poate stoca aproximativ 10 MJ (megajouli), suficient pentru a aprinde 100 de becuri de 100 de wați timp de 1,000 de secunde. Acest design al bateriei volantului nu este cu mult mai mare decât un frigider. Un volant și mai mare, de tipul folosit ca rezervă pentru energie electrică, poate deține 100 MJ de putere. Aceste tipuri de volante pot fi folosite de cazinouri, spitale, centre de date sau în industrie pentru a menține puterea în caz de defecțiune sau fluctuații de intrare.