Um volante de inércia nada mais é do que um dispositivo mecânico pesado ligado ao eixo para armazenar o excesso de energia rotacional. Actua como um reservatório rotativo que armazena energia; quando está disponível em abundância e liberta quando é mais necessário, muito semelhante a uma bateria. Tem um peso significativo em relação à montagem do virabrequim; e assim ajuda a manter o torque resistindo à velocidade de rotação. São geralmente instalados em sistemas com carga variável e torque flutuante; como no motor de combustão interna.
P>Devem ao seu peso pesado um volante de inércia muito elevado que o provoca; permanecem à mesma velocidade independentemente das forças opostas. A energia armazenada para este volante de inércia é proporcional ao seu quadrado de velocidade de rotação. É aplicado um torque ao volante para armazenar energia rotacional e quando necessário; a energia é libertada do volante sob a forma de torque aplicado sobre a carga mecânica. Assim, aumenta a sua velocidade de rotação enquanto armazena a energia e solta-se enquanto a liberta.
P>É possível compreender a sua aplicação na vida diária com um exemplo simples. Lembre-se do seu brinquedo de infância, que costumava brincar a esfregar no chão para correr. Estes pequenos carros são exemplos simples de volante em acção; a energia mecânica é armazenada no seu volante quando esfregado através do chão, que depois é libertado uma vez libertado. Alguns outros exemplos de volantes de inércia na vida quotidiana são motores de automóveis, máquina de costura e extractor manual de sumo de cana.
What Are Flywheel & Its Types
Um volante de inércia existe desde o alvorecer da revolução industrial. Nessa altura era puramente mecânico com uma roda ligada ao eixo; não muda muito bem? Hoje em dia o volante de inércia é mais um arranjo complexo sentado num dos lados do eixo; para transferir energia de e para o motor / fonte. Já não se limitam apenas a máquinas e motores simples, mas são utilizados em muitas outras aplicações. Por exemplo, na rede eléctrica para regulação de frequência, nos carris para recuperação de energia em trânsito e mineração; para armazenar energia residual reduzindo o consumo global de combustível.
O seu funcionamento pode ser resumido e compreendido com a seguinte equação física: binário no eixo de rotação = I.α . Quando um corpo roda livremente num eixo fixo; então é necessário um ‘t’ de torque para alterar o seu movimento com uma aceleração angular ‘a’. O torque requerido é então proporcional à sua aceleração angular; e é dado pelo produto do seu momento de inércia e aceleração angular. Discutiremos em detalhes sobre o seu princípio de funcionamento mais tarde neste post.
Baseado na sua massa pode ser um tipo de massa única ou um volante de massa dupla. Uma construção de massa única é mais barata; amortece moderadamente a vibração do motor e pode resistir a uma maior capacidade térmica. São feitos de aço fundido e não têm nada entre si e a montagem da embreagem. Uma construção de massa única é construída para volantes de inércia com aplicação multiusos; tais como armazenamento de energia, amortecimento de vibrações e recuperação de energia.
Por outro lado, uma construção de massa dupla é feita especialmente para amortecer vibrações e ruídos. Têm uma mola no meio dos dois volantes como amortecedor. Ambos os volantes podem mover-se independentemente um para o outro dentro de um limite fixo. Estes modelos são caros e são propensos a danos sob altas temperaturas ou uso rude.
Porque são usados volantes de inércia em motor I.C
Acredito que todos compreendemos o básico de como funciona o motor I.C. Para aqueles que não o fazem; um motor I.C (combustão interna) é um tipo de motor térmico onde o combustível é queimado dentro de um espaço confinado chamado câmara de combustão. São geralmente motores rotativos ou alternativos com um conjunto de pistão. A expansão repentina do gás de combustão após a combustão move o pistão para baixo; que por sua vez gira a cambota e finalmente o veículo / eixo de saída.
Combustão ocorreu apenas uma vez a cada quatro ciclos em motor de quatro tempos; enquanto que a cada dois ciclos em motor de dois tempos. Portanto, a potência está disponível apenas para um ciclo; isto não significa que o motor deva funcionar para esse ciclo de um em dois & motor a quatro tempos. Isto é quando um volante de inércia é útil, uma vez que fornece potência à cambota em todos os momentos; mantendo o motor em movimento. Um volante é ligado directamente à extremidade do virabrequim; mantendo uma potência e orientação consistentes do motor.
Os volantes ajudam a assegurar uma entrega consistente de potência num motor de um cilindro. Mas os motores de vários cilindros podem ser cronometrados para ter uma entrega consistente de potência; no entanto, ainda temos volantes de inércia nesses motores. Mas porquê? Em motores multicilindros são usados para controlar a vibração do motor; equilibrar a cambota; assegurar o sentido de marcha adequado e o motor da cambota quando necessário. Os motores multicilindricos têm um binário de saída uniforme e, portanto, requerem volantes ligeiros mais pequenos; isso soma a aceleração do motor.
Princípio de funcionamento
O momento de viragem de um motor de quatro tempos para diferentes posições da manivela só é positivo para o curso de potência. Como já discutimos anteriormente; um motor I.C produz potência apenas durante o curso de potência. A partir do diagrama do momento de viragem podemos ver que; durante a sucção há um momento de viragem negativo devido à pressão do cilindro inferior a 1 atmosfera.
Simplesmente a energia é retirada do virabrequim e do volante para fazer trabalho nos gases; o que resulta num momento de viragem negativo muito mais elevado. Depois, durante o curso de potência, vemos um pico no momento de viragem positivo; devido à pressão gasosa gasosa gasosa. Enquanto durante o curso de escape os gases de combustão são libertados ao trabalhar no gás; o que resulta num momento de viragem negativo.
Do diagrama do momento de viragem dado; pode-se ver claramente que o torque / momento de viragem gerado é muito mais do que o torque médio. Portanto, existe este torque extra gerado durante o curso de potência; que precisa de ser armazenado e depois libertado utilizando os volantes de inércia. A energia armazenada por um volante de inércia com um aro muito fino e massa “m” pode ser dada por:-
E = 1 / 2 X I ω2
Onde ‘ E ‘ é a energia cinética média do volante de inércia. “I ” é o seu momento de inércia e ” ω ” é a sua velocidade angular. Agora uma vez que durante o curso de aspiração, compressão e escape; a energia é retirada do volante; e adicionada durante o curso de potência.
Então a energia cinética do volante de inércia para a velocidade angular flutuante será:-
E = Energia Cinética Máxima – Energia Cinética Mínima = Trabalho realizado por binário no volante de inércia ( Proof on Brilliant.com )* E = 12x I x ( ω )2 – 12x I x ( ω )2
Or,
E = 1/2 x I x ( ω1 + ω2 )( ω1 – ω2 )
p>Agora desde ( ω1 + ω2 ) / 2 = ω
Portanto,
E =I ω2 ( ω1-ω2 )ω
Agora desde, ω = 2πN / 60
Portanto,
E=Ix2πN60x2πN60x2πN160-2πN260x602πN=4π23600xIxNN1-N2=π2900x m.k2 x NN1-N2
Onde, K é o raio de giração para o volante.
Agora, a energia armazenada no volante pode ser dada por:-
E=π2900x m.k2 xN2xCs
Onde; Cs é o coeficiente de viscosidade para o volante i.e (N1-N2)/N
Como podemos utilizar volantes de inércia para determinar a direcção de marcha?
Um volante de inércia pode ser pouco útil para determinar a direcção de marcha de um motor. Pode simplesmente dizer para que lado o motor está a rodar; dando uma vista de olhos aos volantes do motor. É assim porque um volante de inércia não tem a sua própria direcção de rotação; mas sim seguir a direcção do motor em que está montado. Quando olhado da extremidade do volante; se rodar no sentido dos ponteiros do relógio, então o motor é do tipo de mão direita. Do mesmo modo, se o volante de inércia rodar no sentido anti-horário num motor é do tipo esquerdo.
Em motores pesados de vários cilindros, tais como em indústrias e navios; estes volantes de inércia também podem ser usados para determinar a posição do pistão no cilindro. Usando as marcas do cilindro no volante pode saber em que cilindro está o pistão em T.D.C. Isto pode então ser usado para determinar a ordem de disparo de um motor. Se o motor estiver parado durante muito tempo e precisar de ser purgado; estes volantes de inércia vêm realmente a calhar. Para purgar um motor, é necessário rodar o volante manualmente ou através de um motor com a torneira indicadora aberta.
Embora um motor possa rodar tanto no sentido dos ponteiros do relógio como no sentido contrário; mas geralmente a maioria do motor roda no sentido contrário ao dos ponteiros do relógio. Mas não é uma regra definida, pois é apenas uma questão de escolha do projectista preferir um em detrimento do outro. Por isso, deve saber sempre a direcção correcta de marcha de um motor; ou através do manual do motor ou inspeccionando visualmente o seu volante.
Dúvidas comuns ao volante & As suas respostas
Q.1. Porquê volantes apenas de ferro fundido?
Ans: Pode ter lido em muitos manuais ou na web que este volante é feito de ferro fundido ou ferro fundido cinzento. Podem surgir dúvidas se todos os volantes são feitos de ferro fundido ou, pelo menos, a maioria deles. De facto, um volante de inércia pode ser feito de material diferente; dependendo da aplicação. Os volantes muito pequenos como tal nos brinquedos são feitos principalmente de chumbo. Os volantes médios ou pequenos podem ser de ferro fundido, alumínio ou aço. Mas os volantes grandes são feitos de ferro fundido ou aço de alta resistência, dependendo das necessidades do desenho.
Q.2. Porque é que os volantes de mosca têm dentes?
Ans: Nem todos os volantes de mosca têm dentes, mas a maioria dos volantes em automóveis, motociclos, geradores pesados e navios têm dentes; mas porquê? Uma vez que sabe que os volantes de inércia ajudam a manter uma potência constante; mas como obter essa potência se não ligarmos o motor. Se tinha ou tem uma motocicleta, deve saber como precisamos de dar pontapés ou de nos auto-arrancar para pôr o motor a funcionar. O que realmente faz é rodar o volante através de uma pequena engrenagem ligada aos dentes do volante. Em grandes motores diesel, tais como em navios onde é utilizado ar comprimido, manivela ou arranque do motor; estes dentes do volante são utilizados para combustível de alta pressão e servo bomba de óleo.
Q.3. São semelhantes ao volante e ao governador?
Ans: Tanto o volante como o governador são usados para regular a velocidade do motor; mas de uma forma diferente. Por um lado, o volante de inércia regula a velocidade de um motor em diferentes cursos; para manter constante a sua velocidade média. Mas um regulador é utilizado para regular a velocidade média do motor para carga variável. Isto é conseguido através do ajuste da injecção de combustível para satisfazer uma maior procura de potência. quando a carga repentina aumenta; o motor começa a abrandar. Agora para manter a velocidade do motor constante; o regulador aumenta o combustível injectado no cilindro para gerar mais binário e assim aumentar a sua velocidade. Assim, embora tanto o volante como o regulador pareçam fazer um trabalho semelhante, mas são realmente diferentes.
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