Roda tenaga

Roda tenaga industri.

Roda tenaga pada bahagian hujung aci engkol enjin kereta.

Traktor Landini dengan roda tenaga terdedah.

Roda tenaga dengan momen inersia boleh ubah, diilhamkan oleh Leonardo da Vinci.

Roda tenaga adalah peranti mekanikal berputar yang digunakan untuk menyimpan tenaga putaran. Roda tenaga mempunyai momen inersia ketara, maka ia menentang perubahan kelajuan putaran. Jumlah tenaga yang disimpan di dalam roda tenaga bersamaan dengan nilai kuasa dua bagi kelajuan putaran. Tenaga disimpan pada roda tenaga dengan mengenakan tork padanya, maka ia menyebabkan kelajuan putaran, dan seterusnya tenaga tersimpan, meningkat. Seterusnya, roda tenaga melepaskan tenaga tersimpan dengan mengenakan tork kepada beban mekanikal, yang menyebabkan penurunan kelajuan putaran.

Roda tenaga mempunyai tiga kegunaan utama:

• Ia memberi tenaga berterusan semasa punca tenaga sendiri tidak memberi tenaga berterusan. Misalnya, roda tenaga digunakan pada enjin kerana punca tenaga (kilasan enjin) tidak boleh didapati secara berterusan.
• Ia menghantar tenaga pada kadar melebihi keupayaan punca tenaga. Ia dicapai dengan mengumpul tenaga di dalam roda tenaga mengikut masa dan kemudian melepaskannya dengan cepat, pada kadar yang melebihi keupayaan punca tenaga.
• Ia mengawal orientasi sistem mekanikal. Bagi aplikasi sebegini, momentum sudut roda tenaga dipindahkan ke beban semasa tenaga dipindahkan ke adau dari roda tenaga.

Roda tenaga biasanya diperbuat daripada keluli dan berputar pada alas konvensional.

Sejarah

Prinsip roda tenaga mula ditemui pada spindel Neolitik dan roda pembuat tembikar.

Agronomis Andalus Ibn Bassal (fl 1038–1075), dalam Kitab al-Filaha tulisannya, menerangkan kesan roda tenaga pada mesin kincir air, saqiya.

Roda tenaga sebagai peranti mekanikal umum untuk menyamakan kelajuan putaran, menurut pakar zaman pertengahan Amerika Lynn White, direkodkan dalam De diversibus artibus (Bagi pelbagai hasil seni) hasil artisan Jerman Theophilus Presbyter (ca. 1070–1125) yang merekodkan penggunaan peranti tersebut pada beberapa mesinnya.

Semasa Revolusi Industri, James Watt memberi sumbangan terhadap pembagunan roda tenaga bagi enjin wap, manakala James Pickard menggabungkan roda tenaga dengan engkol untuk menukarkan pergerakan salingan kepada pergerakan putaran.

Fizik

Roda tenaga merupakan roda berputar dengan gandar tetap supaya ia berputar pada satu paksi sahaja. Tenaga disimpan pada rotor sebagai tenaga kinetik, atau lebih khusus, tenaga putaran:

• $E_{k}={\frac {1}{2}}I\omega ^{2}$

Di mana:

• $\omega$ merupakan halaju sudut, dan
• $I$ merupakan momen inersia bagi jisim lebih kurang pada bahagian tengah putaran. Momen inersia adalah ukuran bagi rintangan terhadap tork yang dikenakan pada objek berputar (iaitu, lebih tinggi momen inersia, lebih perlahan ia akan berputar apabila daya tertentu dikenakan).

• Momen inersia bagi silinder pepejal ialah $I={\frac {1}{2}}mr^{2}$,
• bagi silinder kosong berdinding nipis ialah $I=mr^{2}\,$,
• dan bagi silinder kosong berdinding tebal ialah $I={\frac {1}{2}}m({r_{luaran}}^{2} {r_{dalaman}}^{2})$,

di mana m mewakili jisim , manakala r mewakili jejari.

Apabila dikira menggunakan unit SI, unit piawai bagi jisim ialah kilogram; bagi jejari ialah meter; dan bagi halaju sudut ialah radian sesaat. Hasil jawapan adalah dalam unit joule.

Jumlah tenaga yang boleh disimpan dengan selamat di dalam rotor bergantung kepada titik di mana rotor akan berkecai. Tegasan gegelang pada rotor ialah faktor utama yang perlu dipertimbangkan semasa mereka satu sistem simpanan tenaga menggunakan roda tenaga.

• $\sigma _{t}=\rho r^{2}\omega ^{2}\$

Di mana:

• $\sigma _{t}$ merupakan tegasan tegangan pada rim silinder
• $\rho$ merupakan ketumpatan silinder
• $r$ merupakan jejari silinder, dan
• $\omega$ merupakan halaju sudut silinder.

Lihat juga

• Momen inersia
• Klac

Pautan luar

• Bateri roda tenaga di Perkara Menarik Hari Ini