Un volano è una semplice ruota rotante utilizzata per immagazzinare energia o stabilizzare qualcosa. L’energia che immagazzina è uguale al suo momento d’inerzia – un termine fisico che sostanzialmente significa la massa dell’oggetto per il quadrato della sua distanza dall’asse di rotazione – per il quadrato della sua velocità angolare diviso per 2. I volani aiutano a stabilizzare l’azionamento alberi soggetti a pressioni alternate, come motori a pistoni o pompe a pistoni. L’effetto stabilizzante deriva dal fatto che il volano resiste alle variazioni della sua velocità di rotazione.
I volani sono usati come dispositivi di accumulo di energia per esperimenti scientifici ad alta potenza che produrrebbero un picco di potenza inaccettabile se rimuovesse l’energia dalla rete elettrica. Tali batterie del volano potrebbero funzionare nel vuoto, per prevenire la perdita di energia dovuta all’attrito dell’aria, e saranno periodicamente accelerate di nuovo per compensare la velocità di rotazione persa a causa della dissipazione di energia da calore e vibrazioni. Un buon design del volano dissiperà il meno possibile il calore e le vibrazioni, trattenendo l’energia per l’applicazione target.
Un volano immagazzina diverse quantità di energia a seconda della sua massa e della velocità di rotazione. Ad esempio, una ruota di bicicletta ha una massa di circa 1 kg (2.2 libbre), un diametro di circa 70 cm (28 pollici) e una velocità di rotazione di circa 150 giri/min (giri al minuto). Questo si somma a un’energia immagazzinata di 15 J (joule). Quindi, considera una ruota su un treno che si muove a 60 km/h (37 mph), con una massa di 942 kg (2,076 lb), un diametro di 1 m (3.3 piedi) e una velocità di rotazione di 318 giri/min. Questo volano avrebbe un’energia di rotazione di circa 64 kJ (kilojoule), circa 43,000 volte maggiore della ruota della bicicletta.
Le batterie a volano dedicate all’accumulo di energia hanno energie molto più grandi di entrambi questi esempi precedenti, principalmente a causa delle velocità di rotazione estreme. Un esempio realizzato da un’azienda di volani di Ottawa vanta una massa di 100 kg (220 libbre), un diametro di 60 cm (27 pollici) e una velocità di rotazione di 20,000 giri/min. Questa batteria a volano può immagazzinare circa 10 MJ (megajoule), sufficienti per accendere 100 lampadine da 100 watt per 1,000 secondi. Questo design della batteria del volano non è molto più grande di un frigorifero. Un volano ancora più grande, del tipo utilizzato come riserva di energia elettrica, può contenere 100 MJ di potenza. Questi tipi di volani possono essere utilizzati da casinò, ospedali, data center o nell’industria per mantenere l’alimentazione in caso di guasto o fluttuazioni dell’input.