VOLANTES

LISTA DE SÍMBOLOS

a                Constante, lb. s. ft/rad(j.s/rad)

A                Área de sección transversal de la llanta, in2 (m2)

As                Área de la sección transversal de los rayos, in2(m2)

Aj, Bj, Cj        Coeficientes de diferencia

b                Constante, lb. ft (j)

Cs                Coeficiente de fluctuación de velocidad

Cu                Coeficiente de fluctuación de energía

Dj                Coeficiente de diferencia, lb (kN)

fi                Variable intermedia

F                Función de esfuerzo (=rtr), lb (kN)

Fs                Factor de forma geométrica

g                Aceleración de la gravedad, 32.2 ft/s2 (9.80 m/s2)

I                Momento segundo de área, in4, (m4)

j                Índice

J                Momento polar de inercia de la masa, lb.s2.ft (n.s2 m)

K                Coeficiente, 33 000 lb.ft.rpm/hp [2j.rad/(w.s)]

n                Velocidad del motor, rpm (rad/s)

Nc                Número de cilindro

Ns                Número de rayos

P                Potencia, hp (W)

r                Distancia radial, in (m)

Δr                        Incremento de distancia radial, in (m)

rh                Radio del cubo, in (m)

ra                Radio promedio de la llanta, in (m)

ri                Radio interior de la llanta, in (m)

ro                Radio exterior de la llanta, in (m)

R                Energía especifica, in (m)

Sy                Resistencia de fluencia, psi (MPa)

t                Tiempo, s

t                Incremento de tiempo, s

T                Par motor, lb ft (J)

Ta                Par dependiente del ángulo , lb.ft (J)

Ts                Par dependiente de la velocidad, lb.ft (J)

Tj                Par al final del intervalo j, lb.ft (J)

U                Diferencia entre la energía del volante a máxima velocidad y a mínima velocidad lb.ft (J)

V                Velocidad de la llanta, ft/s (m/s)

W                Peso, lb (kN)

z                Espesor, in (m)

z´                Derivada respecto al radio del espesor de la llanta (=dz/dr)

zo                Espesor al centro, in (m)

Zr                Modulo de la sección de la llanta , in3, (m3)

Zs                Módulo de la sección del rayo, in3, (m3)

2                Ángulo entre rayos adyacentes (véase Fig. 6-6), rad

                Ángulo, rad

                Posición angular, rad

max                Máxima desviación angular a partir de la posición de velocidad

                Constante, rad

o                Posición angular al comienzo del ciclo de la maquina, rad

                Incremento angular, rad

v                Razón de Poisson

                Tiempo, s

                Densidad del peso, lb/in3, (kN/m3)

                Esfuerzo, psi (MPa)

o                Constante del esfuerzo,  psi (MPa)

r                Esfuerzo radial,  psi (MPa)

t                Esfuerzo tangencial,  psi (MPa)

                Velocidad rotacional, rad/s

ωmax, ωmin        Velocidad máxima y mínima, rad/s

o                Velocidad al comienzo del ciclo de la maquina, rad/s

                Máxima desviación de velocidad del valor promedio, rad/s

j                Velocidad al final del intervalo j, rad/s

        La capacidad de almacenamiento de energía de un volante está determinada por su momento polar de inercia J y su máxima velocidad de operación segura. La inercia necesaria depende de la variación cíclica del par motor y de la variación permisible de velocidad o, en el caso de volantes de almacenamiento de energía, por los requerimientos máximos de energía. La velocidad para una operación segura depende de la geometría y de las propiedades del material del volante.

6-1 Uso de volantes

        los volantes almacenan energía, en efecto, estos se usan como recipientes de energía y este uso se analizara en la sección 6-4. Sin embargo, su uso principal en el diseño de maquina es suavizar las variaciones en la velocidad del eje que se producen por cargas o fuentes de potencia que varían de una manera cíclica. Utilizando su energía cinética almacenada 0.5 J[pic 1] para absorber las variaciones en el par motor durante un ciclo de la maquina, un volante atenúa la velocidad fluctuante de una maquina y reduce las cargas transitorias indeseables. En consecuencia, el efecto de un volante es fundamentalmente diferente del de un regulador: Un volante limita la variación de velocidad durante un ciclo y tiene un efecto mínimo en la velocidad promedio; Un regulador utiliza una retroalimentación negativa para mantener la velocidad promedio seleccionada con efectos solamente secundarios sobre la velocidad durante un ciclo.

        El volante tiene otras características que deben tomarse en cuenta en el diseño. su tamaño, su velocidad y la fricción del aire pueden utilizarse como una ventaja para proporcionar una función secundaria como parte de un embrague, engrane, polea de transmisión, ventilador de enfriamiento, bomba giroscopio, o amortiguador torsional.

6-2 Dimensionamiento del volante

6-2-1  Coeficiente de variación de velocidad

        Una cierta cantidad de fluctuación en la velocidad del eje no producirá pares motrices dañinos ni reducirá la utilidad de una maquina. El coeficiente de fluctuación de velocidad Cs se define como

[pic 2]                         (6-1)

        Donde  = velocidad de rotación en el volante, y [pic 3]= promedio de ωmax y ωmin. Los rangos Cs para diversas categorías de variación de velocidad se dan en la tabla 6-1.

Tabla 6-1

Valores sugeridos para el coeficiente de fluctuación de velocidad Cs

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uniformidad de velocidad requerida                Cs

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                        muy uniforme                                         0.003

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