volante de inercia

Un volante es un disco o rueda pesada montada en un eje giratorio, diseñada para resistir cambios en la velocidad de rotación. Su masa y momento de inercia almacenan energía cinética; a medida que la máquina demanda más potencia de la que la fuente puede suministrar, el volante libera esta energía para mantener una velocidad constante. Por el contrario, cuando la entrada de potencia excede la demanda, el volante absorbe el exceso y gira más rápido. Esta acción reguladora es mecánica y pasiva, y no requiere control activo.

El tamaño y el peso de un volante dependen directamente de la variación de velocidad que la aplicación tolere. Una prensa punzonadora, por ejemplo, demanda un aumento de energía durante la carrera descendente; un volante grande y pesado permite que el motor funcione a una velocidad casi constante mientras el volante cede energía a medida que el ariete desciende, y luego la recupera a medida que la prensa regresa. El volante de un motor automotriz es más ligero porque la combustión interna entrega potencia en pulsos, y el conductor tolera cierta ondulación de velocidad. Los volantes industriales en compresores, bombas y cizallas suelen pesar desde varios kilogramos hasta cientos de kilogramos, con diámetros que van desde 300 mm hasta más de 1 metro.

El material es casi siempre hierro fundido o acero; el hierro se elige por su alta densidad y la práctica de fundición establecida, que produce volantes con una distribución de masa uniforme. El borde soporta la mayor parte de la inercia, mientras que el cubo y los radios están optimizados para la resistencia bajo tensión centrífuga. La velocidad de rotación está limitada por la resistencia a la tracción del material; a alta velocidad, la fuerza centrífuga puede agrietar un borde o arrojar aspas. Los cálculos de velocidad crítica tienen en cuenta el diámetro, la densidad del material y la velocidad tangencial máxima segura, típicamente de 30 a 80 metros por segundo en equipos industriales.

Fallo y mantenimiento

Los volantes fallan por agrietamiento del borde, fractura de la red o desequilibrio gradual. Un borde agrietado puede fallar catastróficamente bajo carga, dispersando fragmentos de metal; por eso las máquinas con volantes grandes están protegidas e inspeccionadas regularmente. El desequilibrio se desarrolla por desgaste, picaduras por corrosión o adherencia de material extraño, lo que provoca vibraciones que dañan los cojinetes y los sellos. El equilibrado se realiza perforando o rectificando el borde, generalmente en dos o más planos, para devolver el centro de masa al eje de rotación.

El nombre deriva de la capacidad de la rueda para volar más allá de los momentos de demanda sin disminuir la velocidad, una metáfora de la era industrial temprana. Hoy en día, el término es estándar en toda la ingeniería mecánica, aunque el almacenamiento de energía moderno para cargas intermitentes a veces utiliza acumuladores hidráulicos o sistemas eléctricos. Sin embargo, los volantes mecánicos siguen siendo ampliamente utilizados porque son simples, duraderos y rentables para máquinas donde cierta variación de velocidad es aceptable y donde la variabilidad de la carga es predecible y cíclica.