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DISEÑO Y CALCULO DE VOLANTES. UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA ING ELECTROMECÁNICA.
¿QUE ES UN VOLANTE DE INERCIA? Un volante de inercia es un elemento totalmente pasivo, únicamente aporta al Sistema una inercia adicional. Al incrementarse la inercia del sistema, en igualdad de condiciones, se reducen las fluctuaciones de velocidad. Suelen emplearse volantes de inercia en maquinas cíclicas para reducir las variaciones de la velocidad cuando hay cambios en el par motor o en el par solicitado al motor (par de la carga), dentro del ciclo.
FUNCIONES DEL VOLANTE.
Reducir la amplitud de fluctuación de la velocidad.
Reducir la amplitud del par torsor fluctuante.
Almacenar y liberar energía cuando sea necesario.
PROCEDIMIENTO PARA DIMENSIONAR VOLANTES. 1.
Determinar la energía cinética o energía cedida por el volante.
2.
Establecer el valor de la velocidad angular
3.
Determinar la inercia
4.
Obtener las dimensiones del volante.
.
.
ESTIMACIÓN DE CAMBIO DE ENERGÍA.
Conociendo la variación admisible de la velocidad angular.
Dado el trabajo que se debe ejecutar.
Dado el torque de salida.
La energía cinética en un sistema rotatorio es:
Equilibrio dinámico. Ley de newton para el diagrama de cuerpo libre de un eje rígido.
Se quiere que sea lo más constante posible.
Sustituyendo a alfa por
Se obtiene
Integrando
La integración se hace con respecto a la línea promedio de la función del par de torsión, no con respecto al eje .
El ocurrirá después de que la máxima energía positiva se haya transmitido del motor a la carga.
El ocurrirá después de que la máxima energía negativa haya regresado la carga.
La variación total de energía es la diferencia algebraica entre estos dos valores extremos.
DIMENSIONAMIENTO DEL VOLANTE
Se debe determinar el tamaño del volante necesario para absorber esta energía con un cambio aceptable en la velocidad.
Resulta necesario establecer o conocer un parámetro que pondera la variabilidad de la velocidad de rotación.
Este coeficiente de fluctuación es un parámetro de diseño que será elegido por el diseñador.
COEFICIENTES DE FLUCTUACIÓN PARA DIFERENTES APLICACIONES.
El cambio requerido en la energía E se determina integrando la curva del par de torsión.
y ahora se pude igualar con el lado derecho de la ecuación
Factorizando esta expresión.
Si la función par de torsión-tiempo fuera sólo armónica.
La expresión para el momento de inercia del volante necesario el sistema.
La ecuación se pude utilizar para diseñar el volante físico eligiendo un coeficiente de fluctuación deseado, usando E a partir de la integración y de la velocidad promedio del eje para calcular el Is necesario para el sistema.
El diseño de volante más eficiente utilizando el mínimo material es aquel en el que la masa se concentra en su borde y su centro se apoya en los rayos, como en una rueda de carruaje.
