Acumulador de energía mecánica

Dispositivo capaz de almacenar energía mecánica y, posteriormente, cederla. Fundamentalmente son de dos tipos: volantes de inercia y elementos elásticos.

Volantes de inercia

Los volantes de inercia son discos muy pesados que se colocan en el extremo de un eje con la finalidad de regularizar el giro del mismo ante fluctuaciones de la fuerza que origina el correspondiente movimiento de rotación. Un ejemplo de ellos es el disco, generalmente de fundición, que se coloca en el extremo del cigüeñal de los motores de explosión a fin de eliminar las vibraciones que se producen en el eje como consecuencia de los esfuerzos que recibe procedentes de cada pistón.

La acción del volante de inercia se basa en continuar en una determinada situación cuando ésta tiende a desaparecer. La inercia es la tendencia de los cuerpos a mantener su velocidad. Si ésta es nula, los cuerpos tienden a permanecer en reposo; si, por el contrario, alcanza un valor v, el cuerpo tiende a continuar siempre con esta velocidad.

De esta manera, el volante elimina las posibles irregularidades que pueden presentarse en la velocidad de giro; provoca aceleraciones si dicha velocidad disminuye, o actúa como freno si la mencionada velocidad aumenta.

Los volantes de inercia son necesarios en casi todos los ingenios motrices, ya que la energía que se libera en cada etapa de sus respectivos funcionamientos no es uniforme. Por otra parte, la conversión de los movimientos lineales en rotatorios por medio del mecanismo biela-manivela, también de empleo habitual en la mayoría de estos ingenios, no se produce por la acción de un par de momento invariable, sino que, por el contrario, éste presenta fluctuaciones.

Como se sabe, la energía de rotación de un cuerpo, E, viene dada por la expresión:

donde I es el momento de inercia del cuerpo, respecto al eje de giro, y , la velocidad angular. De esta manera, cuando, por ejemplo, el volante de inercia absorbe energía, el valor de ésta, llamando a sus velocidades angulares máxima y mínima respectivamente, es:

Es decir:

Al ser el volante un disco, su momento de inercia es:

Siendo m la masa del volante y r su radio, por lo que la variación de energía es:

En un volante, se denomina velocidad media de rotación, , la semisuma de sus velocidades máxima y mínima. Es decir:

Recibe el nombre de coeficiente de fluctuación, Cf, del volante la razón del incremento de velocidad angular y la velocidad media de rotación. Es decir:

Los valores de Cf dependen de la máquina que se considere.

Elementos elásticos

Los elementos elásticos son, en general, dispositivos capaces de deformarse bajo la acción de una fuerza, ganando así energía potencial y recuperando su forma primitiva cuando dicha fuerza cesa, al tiempo que devuelven la energía almacenada. Dentro de ellos pueden considerarse:

Resortes

Los resortes pueden trabajar bajo esfuerzos de compresión, tracción o torsión. Aunque la industria los fabrica de muy diversos tipos, los muelles pueden ser considerados como los más representativos, siendo su característica principal su capacidad de comprimirse o alargarse por la acción de una fuerza.

Son ejemplo de muelles trabajando a compresión los empleados en válvulas o en suspensiones de vehículos.

Un caso singular son los muelles de tracción, los cuales se utilizan cuando hay piezas que pueden trabajar en dos estados: unidas o separadas. La acción del muelle tractor sirve para separarlas y, posteriormente, retrotraer los componentes a su situación inicial.

Cuerdas elásticas

Las cuerdas elásticas son componentes lineales construidos con un material elástico, generalmente caucho, de diferente grosor y que mantienen piezas unidas en esfuerzos de tracción. Las empleadas en los interruptores o enchufes empotrados para mantener en la posición adecuada las patillas de anclaje del mecanismo son ejemplo de ellas.

Ballestas

Las ballestas están constituidas por un conjunto de láminas, de forma parabólica o semielíptica y longitud decreciente, que se encuentran unidas entre sí. Se emplean en diferentes vehículos a fin de absorber las vibraciones originadas al circular por caminos que no son perfectamente regulares.

Flejes

Los flejes son dispositivos constituidos por delgadas láminas fabricadas con un material elástico. Trabajan bajo esfuerzos de flexión.

Barras de torsión

Las barras de torsión son capaces de retorcerse bajo la acción de un esfuerzo y de recuperar su posición inicial cuando cesa el par de torsión. Ejemplos de ellas son las usadas en las suspensiones de los coches.