Volano (meccanica)

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Un trattore Landini in cui è ben visibile il volano (il disco giallo al centro)

Il volano è un organo meccanico, atto a limitare gli eccessi di energia meccanica motrice sul lavoro meccanico totale, o di quest'ultimo sull'energia motrice, in macchine a regime periodico. In definitiva, questo si riduce a mantenere più uniforme la velocità angolare dell'albero motore.

Descrizione[modifica | modifica wikitesto]

Il volano ha la forma di una ruota o di un disco, appositamente sagomato per aumentare il momento d'inerzia dell'albero, al quale è applicato.

Implementazioni[modifica | modifica wikitesto]

In alcuni casi, il volano può avere una funzionalità multiuso. Infatti, quando questo è calettato sull'albero motore, può avere una magnetizzazione, che ne permette l'uso come rotore dell'alternatore (soluzione tipica delle motociclette) ed, eventualmente, come ventola di raffreddamento nei sistemi ad aria forzata; oppure può essere usato come un elemento della frizione, che trasmette o meno la forza del motore a seconda che esso tocchi o meno il volano (soluzione tipica dei mezzi a 4 o più ruote).

Volano Bimassa[modifica | modifica wikitesto]

Per ridurre ulteriormente le vibrazioni, ma senza intaccare la morbidezza dell'attacco frizione, si è ricorso al volano bimassa, il quale è composto da due masse connesse tra loro tramite un supporto e delle molle[1].

Motivi del suo utilizzo[modifica | modifica wikitesto]

Il volano tende ad opporsi ad ogni tentativo di variazione della sua velocità angolare, stabilizzando la rotazione di un albero quando viene applicata una coppia motrice periodica, come nei motori a pistoni, oppure quando il carico applicato è intermittente, come per esempio nelle pompe a pistoni e nei magli.

La rotazione dell'albero a gomiti non è uniforme, poiché nei cilindri si susseguono fasi utili e fasi passive; questo fenomeno viene definito come "irregolarità periodica"[2]. Per rendere il più possibile omogenea la rotazione (ovvero per ridurne le accelerazioni e le decelerazioni) si impiega il volano, costituito da un grosso disco fissato a una estremità dell'albero motore, che accumula energia meccanica durante le fasi utili per restituirla durante quelle passive.

Il volano può anche essere utilizzato per accumulare l'energia meccanica, prodotta da un motore di bassa potenza durante un lungo periodo, per rilasciarla ad alta potenza in un breve istante.

Caratteristiche[modifica | modifica wikitesto]

L'energia cinetica accumulata da un volano è:

E = \frac{1}{2} I \omega^2

dove I è il momento d'inerzia della massa rispetto all'asse di rotazione e ω è la velocità angolare. Poiché il momento d'inerzia di un sistema di particelle è proporzionale alla massa delle particelle ed al quadrato della distanza di queste dall'asse di rotazione rispetto al quale se ne voglia calcolare il momento d'inerzia, si ha che la capacità di accumulo di energia in un volano aumenta, oltre che con l'aumentare della massa, anche con il crescere della distanza di questa dall'asse di rotazione.

Progettazione[modifica | modifica wikitesto]

Volano di una macchina a vapore

Per questo motivo, i volani tendono ad avere grande diametro (come è particolarmente evidente nelle vecchie macchine a vapore) e ad avere la maggior parte della massa disposta sul perimetro, collegato al mozzo per mezzo di raggi. In questo modo, il loro peso rimarrà limitato, mentre il loro momento d'inerzia resterà quello desiderato.

Sviluppi[modifica | modifica wikitesto]

Il volano è anche oggetto di continui studi come dispositivo per l'accumulo di energia, al fine di migliorarne l'efficienza e l'affidabilità. Per incrementare sempre più la capacità di immagazzinamento, si cerca di aumentare la velocità a valori molto elevati, di centinaia di migliaia di giri per minuto. Ciò comporta diversi problemi di non facile soluzione. Tra le soluzioni tecniche applicate, vi sono:

  • Nuove leghe metalliche più resistenti, impiegate per evitare che il volano letteralmente esploda a causa della enorme forza centrifuga.
  • Inclusione del volano in camere a vuoto, per ridurre l'attrito dell'aria, che ad alte velocità è molto intenso.
  • Utilizzo di cuscinetti a sospensione magnetica per eliminare l'attrito; sono comunque presenti cuscinetti tradizionali, pronti ad intervenire in caso di guasto alla sospensione magnetica.
  • Inserimento e prelievo dell'energia senza contatto meccanico, per esempio grazie all'induzione magnetica. In alcune applicazioni i volani sono usati come accumulatori elettrici in sostituzione di batterie e condensatori, a motivo della loro capacità di rilasciare molta energia elettrica in brevissimo tempo (alta potenza specifica). In questi casi il volano funziona come un generatore/motore elettrico reversibile.

Vantaggi e svantaggi[modifica | modifica wikitesto]

Nei motori termici i vantaggi del volano sono:

  • ridurre l'irregolarità di funzionamento;
  • permettere il funzionamento a regimi più bassi (maggiore sarà l'inerzia, maggiore sarà la capacità di far funzionare il motore a bassi regimi).

Gli svantaggi sono:

  • ridurre la velocità di variazione del regime (il passaggio da un regime più basso a uno più alto, e viceversa, è rallentato a causa dell'energia che accumula o deve disperdere).

Accumulo d'energia nei mezzi di trasporto[modifica | modifica wikitesto]

L'uso del volano per accumulare energia nei veicoli è molto interessante, poiché può offrire un migliore rapporto capacità energetica/massa rispetto alle batterie chimiche.

Exquisite-kfind.png Per approfondire, vedi volano (batteria).

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ A cosa serve il volano bimassa e perché è diventato l’incubo di molti automobilisti?
  2. ^ Motori a combustione interna (pagina 15)

Bibliografia[modifica | modifica wikitesto]

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

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