Últimamente hemos estado tan centrados en los sistemas de almacenamiento químico, que algunos nos olvidamos de otras baterías mecánicas antiguas, aparentemente más eficientes.
Una batería de este tipo es el volante de inercia. En los últimos 50 años se han llevado a cabo varios experimentos con éxito, y las aplicaciones del volante de inercia iban desde actuar como SAI para un hospital hasta poner un tren entero en movimiento y luego a velocidad de crucero, sólo por su potencia.
¿Cómo funciona una batería mecánica? ¿Alguna vez reparaste tu bicicleta y, mientras estaba boca abajo, hiciste girar los pedales para que la rueda llegara a altas revoluciones? Si lo hiciste, habrás observado que al intentar parar la rueda, ejerces una fuerza sobre ella. ¿Qué significa eso? Hay energía almacenada en el movimiento de rotación de la rueda, energía que se pierde por la fricción (y, posiblemente, por el calor).
Tipos inteligentes pensaron en utilizar esta energía de rotación de un volante de inercia y hacer que hiciera algo útil. Sin embargo, se trata de una tecnología antigua, sobre la que se ha escrito hace siglos.
Así que los científicos crearon tubos de acero, los colocaron sobre cojinetes magnéticos (la conexión del tubo con el estator era a través de un campo magnético, para reducir la fricción), e hicieron girar la cosa hasta 50.000 rpm. Cuando lo necesitaban, utilizaban esa fuerza de rotación para producir electricidad (la forma clásica), y disminuían su velocidad, extrayendo energía de ella. ¿No te ha hecho esto levantar la ceja a estas alturas? Bueno, puede que pienses que el volante de inercia se detiene rápidamente, pero las cifras muestran que las capacidades energéticas típicas oscilan entre los 3 kWh y los 133 kWh, con una eficiencia de almacenamiento de hasta el 90%.
Hubo autobuses experimentales construidos en los años 50, llamados «girobuses», y que se utilizaron en Yverdon, Suiza. También se han construido prototipos de coches según este principio. Los nuevos materiales, como las fibras de carbono, los hacen más utilizables y potentes. De hecho, cuanto más resistente sea el material del volante, mayor será la velocidad de rotación y la energía que puede almacenar. Esa es la única limitación y peligro grave de los volantes de inercia. Pueden romperse en pedazos si giran demasiado rápido.
Las baterías mecánicas también son resistentes al tiempo. Un investigador de ECE, el Dr. Mark Flynn, de la Universidad de Texas en Austin, diseñó un sistema de volante de inercia que podría durar 20 años de uso continuo.
«El diseño de Flynn capta la energía de frenado y la utiliza para la siguiente elevación. Y lo que es más importante, la adición de un sistema de almacenamiento de energía en el volante de inercia reduce los requisitos de potencia máxima, lo que ahorra energía durante los periodos de inactividad. Las pruebas de campo realizadas en China demostraron que cuando los operarios utilizaban un grupo electrógeno adecuado para las necesidades de potencia reducidas y añadían una batería mecánica, el consumo de combustible disminuía un 38%, con importantes reducciones de las emisiones de NOx y PM.
El controlador del motor con volante de inercia de Flynn también está sustituyendo las baterías industriales utilizadas por los centros de datos de misión crítica y los hospitales. «Las baterías industriales son menos caras inicialmente que un volante de inercia, pero cuando se tiene en cuenta el mantenimiento y el hecho de tener que pagar más carga de la que se necesita para evitar la sustitución frecuente de la batería, una solución basada en un volante de inercia puede ser considerablemente menos costosa», dice Flynn. «Un volante de inercia VYCON durará 20 años y elimina el problema de qué hacer con 200 baterías de plomo-ácido tóxicas a gran escala.»
Los hospitales y los centros de respaldo de datos no pueden permitirse cortes de energía. Las vidas y la recuperación de desastres de las empresas dependen de un flujo ininterrumpido de energía. Un corte de energía típico es muy corto y la mayoría de los hospitales y centros de datos tienen generadores diésel de reserva, lo que significa que el almacenamiento de energía extra de una batería industrial nunca se utiliza por completo. La mayoría de los cortes están dentro de la capacidad de un volante de inercia, pero cuando el corte persiste, el volante de inercia absorbe las anormalidades de energía perjudiciales y luego se transfiere con gracia al generador, cumpliendo con las regulaciones de energía de emergencia que estipulan que los grupos electrógenos deben ser capaces de asumir la carga dentro de 10 segundos. Las baterías mecánicas también tienen una mayor tolerancia a los ciclos rápidos»
Contar con volantes de inercia nos da una alternativa a las baterías químicas, y el impulso para seguir desarrollando esta interesante tecnología. Por ejemplo, yo podría usar uno de bolsillo para alimentar la batería de mi portátil que acaba de terminar. Se ha probado la posibilidad de hacer estas cosas móviles, para usarlas en coches eléctricos u otras aplicaciones, y se ha descubierto que necesitaría medidas especiales para no interferir con la estabilidad del coche en las curvas. Escribiré sobre ello en un próximo artículo.