Ciencia e ingeniería · Artículo de divulgación científica
Energía en movimiento para una red más resiliente
Qué puede aportar un volante de inercia en vacío y cómo demostrar su valor
Imagina una rueda pesada que funciona como una reserva recargable. La electricidad hace que gire más deprisa. Después, la rueda se ralentiza y la misma máquina devuelve parte de esa energía como electricidad. Podría ayudar a compensar interrupciones breves de la generación solar o cambios repentinos de la demanda.
La idea en un minuto
- La energía llega del exterior: por ejemplo, de una planta solar o de otra fuente mecánica.
- El rotor almacena energía en el movimiento. Los imanes ayudan a convertirla; no son un combustible.
- El vacío puede reducir el rozamiento con el aire. Bomba, refrigeración, cojinetes y controles siguen consumiendo energía.
- El objetivo es un almacenamiento útil y asequible. El documento propone un diseño y pruebas; el rendimiento y el coste a largo plazo aún deben medirse.
Mira el breve vídeo ilustrado
Animación conceptual subtitulada con fondo instrumental original Organic Jazz-Zen. Muestra almacenamiento y conversión, no un prototipo en funcionamiento ni resultados medidos. Sin narración de voz.
Cómo funciona el generador, paso a paso
La máquina de imanes permanentes propuesta puede convertir en electricidad la potencia mecánica externa suministrada al eje. Con un accionamiento bidireccional adecuado y un rotor diseñado para ello, también puede formar parte de un sistema de almacenamiento con volante de inercia. Son dos modos de funcionamiento con límites energéticos diferentes.
1. Sigamos la energía
Un motor o una turbina externa hace girar un rotor con imanes NdFeB. El campo magnético variable induce tensión en los devanados fijos de cobre del estator, sobre un núcleo laminado de acero eléctrico. En la ley de Faraday, λ es el flujo concatenado con el devanado. Al entregar corriente aparece un par electromagnético resistente. A velocidad constante, el accionamiento externo aporta la salida eléctrica útil y todas las pérdidas.
Tshaft es el par del eje en N·m; ω es la velocidad angular en rad/s. Los imanes aportan el campo; el accionamiento aporta la energía.
2. Controlemos la electricidad
La frecuencia de la máquina depende de los pares de polos y la velocidad: p son los pares de polos y n las rpm. Cuatro polos a 1.500 rpm producen 50 Hz antes de la conversión electrónica. Un rectificador, enlace de CC e inversor adaptan la electricidad al consumo. Cargar el volante requiere un accionamiento de motor bidireccional; un rectificador pasivo por sí solo no puede acelerarlo eléctricamente.
El convertidor, los controles y los requisitos de conexión deben diseñarse para el servicio eléctrico previsto.
3. Almacenemos energía en movimiento
La carga acelera el rotor; la descarga lo ralentiza. J es el momento de inercia y ωmax y ωmin delimitan el intervalo de velocidad útil. La fórmula expresa el cambio de energía de rotación almacenada. La energía eléctrica entregada es menor tras las pérdidas de conversión, espera y auxiliares.
Para un ciclo eléctrico completo con iguales estados energéticos internos iniciales y finales, Ein = Eout + Eloss. Incluir una sola vez carga, espera, descarga y auxiliares. La eficiencia eje-CA del generador y la eficiencia CA-CA del almacenamiento tienen límites distintos.
4. Evaluemos qué ahorra el vacío
El vacío reduce la resistencia aerodinámica, pero el bombeo consume energía y la menor refrigeración por gas dificulta evacuar calor. Elegir la presión según las pérdidas totales medidas del ciclo. Verificar temperatura y margen de desmagnetización, aislamiento, tensiones del rotor, retención de imanes, equilibrado, velocidades críticas, protección contra sobrevelocidad y contención de fragmentos. Persisten las pérdidas de cobre, núcleo, cojinetes y convertidores.
La comparación útil es el mismo servicio entregado en aire y en vacío, incluyendo evacuación, espera, refrigeración y todos los auxiliares.
5. Midamos antes de afirmar un beneficio
Medir par y velocidad del eje, potencias eléctricas activas de entrada y salida, presión, temperaturas y cada auxiliar con una base temporal sincronizada. Integrar la energía durante carga, espera y descarga; declarar calibración, incertidumbre y estados energéticos iniciales y finales. Publicar repetibilidad, pérdidas en espera, vida útil y mantenimiento.
El vídeo es una animación conceptual, no una demostración de un prototipo operativo. La eficiencia CA-CA supuesta del 85% y los escenarios de precio siguen siendo hipótesis que validar. El resultado debe superar la incertidumbre de medida y cumplir los requisitos definidos del servicio, mecánicos y térmicos.
Sigamos la energía
¿Puede el uso frecuente reducir el coste?
Aquí no se ha demostrado una fuente de electricidad gratuita. La luz solar puede llegar sin comprar combustible, pero la captación, los equipos, las pérdidas de carga y el mantenimiento cuestan dinero. El beneficio ambiental depende de la electricidad de carga y de todo el ciclo de vida. El ejemplo de costes es una hipótesis que probar, no una promesa de precio.
1 MW de salida; 0,25 MWh entregados por descarga completa (15 minutos); inversión instalada de 800.000 €; mantenimiento ordinario de 20.000 €/año; 20 años; tasa del 7%; energía de carga a 80 €/MWh; eficiencia CA-CA supuesta del 85%, incluidos los auxiliares para el perfil indicado. Son hipótesis del modelo, no prestaciones medidas ni una oferta comercial. [1]
Con estas hipótesis, bajar de 150 €/MWh exige unos 18,73 ciclos completos al día. A 24 ciclos diarios, el modelo implica 175.200 ciclos en 20 años, antes de las paradas. Hay que demostrar ese uso, vida útil y programa de carga. Duplicar el capital hasta 1,6 millones € eleva la estimación a 24 ciclos a unos 172 €/MWh. Conexión, impuestos, reparaciones extraordinarias y fin de vida quedan fuera de este caso simplificado. La eficiencia debe medirse de nuevo para cada perfil de espera.
Comparaciones de tecnologías y costes
Empieza por la función de cada tecnología y lee cada gráfico en su contexto. El LCOE de generación, el LCOS de almacenamiento y nuestro escenario simplificado responden a preguntas distintas.
El LCOE estima el coste de generación durante la vida útil por unidad de electricidad. El LCOS estima el coste del servicio de almacenamiento. Ninguno es una tarifa al consumidor ni una medida completa del valor para la red.
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Tecnologías distintas, funciones distintas
Tablas de datos accesibles
| Tecnología | Energía que entra al sistema | Función / limitación principal |
|---|---|---|
| Solar fotovoltaica | Luz solar | Generación / luz variable |
| Eólica | Viento | Generación / viento variable |
| Hidroeléctrica | Agua en movimiento o embalsada | Generación / lugar y recursos hídricos |
| Fisión nuclear | Combustible nuclear | Generación / combustible, calor y residuos |
| Generador de imanes | Potencia mecánica externa | Conversión / potencia de entrada y pérdidas |
| Volante en vacío | Electricidad suministrada antes | Almacenamiento / pérdidas y contención |
| Batería | Electricidad suministrada antes | Almacenamiento / desgaste y control térmico |
| Bombeo hidroeléctrico | Electricidad suministrada antes | Almacenamiento / lugares y agua adecuados |
Costes de generación renovable en el mundo
Fuente: IRENA, Renewable Power Generation Costs in 2025, resumen, pp. 3, 6-7.
Tablas de datos accesibles
| Tecnología | 2025 USD/MWh |
|---|---|
| Eólica terrestre | 33 |
| Solar fotovoltaica | 44 |
| Hidroeléctrica | 62 |
| Eólica marina | 78 |
| Bioenergía | 86 |
| Geotermia | 89 |
| Solar de concentración | 115 |
Un escenario de generación en EE. UU. para 2031
Fuente: EIA AEO2026, informe de costes nivelados, p. 8. Influyen políticas, lugar y uso.
EIA supone un periodo de recuperación de costes de 30 años y un coste medio ponderado de capital después de impuestos del 7,27% para la entrada en servicio en 2031.
Tablas de datos accesibles
| Tecnología | 2025 USD/MWh |
|---|---|
| Geotermia | 40.38 |
| Eólica terrestre | 56.75 |
| Solar fotovoltaica | 58.33 |
| Gas de ciclo combinado + CCS | 58.47 |
| Hidroeléctrica | 64.77 |
| Gas de ciclo combinado | 77.46 |
| Bioenergía | 84.54 |
| Nuclear avanzada | 87.81 |
| Eólica marina | 118.79 |
| Turbina de combustión | 172.57 |
| Híbrido FV + batería de cuatro horas: LCOE 94,20 USD/MWh | 94.20 LCOE |
| Batería independiente: LCOS 152,61 USD/MWh | 152.61 LCOS |
Cómo el uso cambia el coste del almacenamiento
Tablas de datos accesibles
| Mismo sistema propuesto de 1 MW / 0,25 MWh - supuestos, no resultados medidos | EUR/MWh |
|---|---|
| 1 ciclo completo/día | 1140.85 |
| 8 ciclos completos/día | 224.96 |
| 24 ciclos completos/día | 137.73 |
Datos y método
El gráfico IRENA usa medias globales de proyectos de 2025. El de EIA es una proyección estadounidense para 2031 bajo sus supuestos normativos. El gráfico del rotor recalcula el modelo del trabajo. No se aplica conversión de divisas ni una clasificación directa entre los tres conjuntos de datos.
Fuentes comprobadas el 21 de octubre de 2026. CSV
Cuatro palabras útiles
| Palabra | Significado |
|---|---|
| Potencia | La rapidez con la que se entrega energía, medida en kW o MW. |
| Energía | La cantidad que se puede entregar, medida en kWh o MWh. |
| Eficiencia | La salida útil dividida entre la entrada durante un ciclo definido. |
| Coste del ciclo de vida | Equipos, carga, mantenimiento y otros costes durante la vida útil. |
Un resultado útil sería un ahorro neto repetible frente a la misma tarea en aire, superior a la incertidumbre de medida, con temperaturas, contención mecánica y coste total aceptables. El siguiente paso son mediciones independientes.
Invito a la revisión crítica de investigadores, ingenieros, estudiantes y de cualquier persona interesada en una energía resiliente. Mi contribución busca ser concreta: una hipótesis transparente, mediciones reproducibles y una decisión que otras personas puedan comprobar. Conocimiento compartido y respeto por la Madre Tierra van de la mano.
Leer el apéndice técnico
Abre el apéndice técnico para consultar materiales, ecuaciones, cálculos de costes y el protocolo de medición. La explicación breve y el apéndice describen el mismo sistema propuesto.
Dentro de la máquina
La configuración de referencia sitúa los imanes permanentes en el rotor y los devanados de cobre en un estator fijo. Rectificador, bus de continua e inversor adaptan la salida a la carga. El vacío puede reducir la resistencia aerodinámica, pero complica la evacuación del calor, el sellado y el mantenimiento. La presión óptima mejora el sistema completo, en lugar de ser simplemente la mínima alcanzable. [1], [3]
| Elemento | Decisión de ingeniería | Verificación necesaria |
|---|---|---|
| Imanes | NdFeB; valorar SmCo o ferrita cuando proceda. | Temperatura, margen frente a desmagnetización y trazabilidad. |
| Devanados y núcleo | Cobre y chapas aisladas de acero eléctrico. | Resistencia en caliente, aislamiento y pérdidas según la onda real. |
| Rotor y envolvente | Retención cualificada, equilibrado y contención de fragmentos. | Tensiones, velocidades críticas, fatiga y respuesta a fallos. |
| Cojinetes y vacío | Cojinetes, sellos, bomba y apoyos de emergencia cuando sean necesarios. | Consumo en espera, fugas y pérdida de control. |
| Refrigeración y convertidores | Vías térmicas definidas y electrónica protegida. | Puntos calientes, pérdidas de conversión y salida CA útil. |
Un pequeño ejemplo muestra la escala
Un anillo delgado ideal de 10 kg y 0,20 m de radio tiene J = 0,40 kg·m². A 3.000 rpm contiene unos 5,48 Wh, equivalentes a 19,7 segundos a 1 kW solo si pudiera recuperarse toda la energía cinética sin pérdidas. Una máquina real conserva una velocidad mínima de funcionamiento, por lo que la energía disponible es menor. Este ejemplo es independiente del escenario económico de red de la página siguiente. [1; cálculo revisado aquí]
Eusable = ½ J(ωmax² − ωmin²)
J es el momento de inercia; ω es la velocidad angular en rad/s. La energía eléctrica entregada es menor tras las pérdidas de conversión, espera y auxiliares.
La potencia (kW o MW) indica el ritmo de entrega. La energía (kWh o MWh) indica la cantidad disponible. Una potencia elevada, por sí sola, no demuestra una descarga prolongada.
El coste de utilizarlo
Un proyecto de almacenamiento debe pagar la energía que recibe y los equipos que la devuelven. Hay que comparar alternativas con la misma potencia, duración útil, respuesta exigida, espera y uso anual. La metodología del DOE incluye carga y sustituciones. Proporciona un marco de análisis, no un presupuesto ni una validación de esta máquina. [4]
Escenario ilustrativo del trabajo
1 MW de salida; 0,25 MWh entregados por descarga completa (15 minutos); inversión instalada de 800.000 €; mantenimiento ordinario de 20.000 €/año; 20 años; tasa del 7%; energía de carga a 80 €/MWh; eficiencia CA-CA supuesta del 85%, incluidos los auxiliares para el perfil indicado. Son hipótesis del modelo, no prestaciones medidas ni una oferta comercial. [1]
| Ciclos completos/día | MWh útiles/año | Coste modelado €/MWh |
|---|---|---|
| 1 | 91,25 | 1.141 |
| 8 | 730 | 225 |
| 24 | 2.190 | 138 |
Cálculo sin redondeo intermedio: factor de recuperación del capital 0,0943929; coste fijo anual 95.514,34 €. Q = 0,25 × 365 × c. Coste unitario indicativo = 95.514,34 € / Q + 80 € / 0,85.
Con estas hipótesis, bajar de 150 €/MWh exige unos 18,73 ciclos completos al día. A 24 ciclos diarios, el modelo implica 175.200 ciclos en 20 años, antes de las paradas. Hay que demostrar ese uso, vida útil y programa de carga. Duplicar el capital hasta 1,6 millones € eleva la estimación a 24 ciclos a unos 172 €/MWh. Conexión, impuestos, reparaciones extraordinarias y fin de vida quedan fuera de este caso simplificado. La eficiencia debe medirse de nuevo para cada perfil de espera.
Usar con cuidado las comparaciones de mercado
IRENA sitúa los costes medios globales ponderados de generación de nuevos proyectos de 2025 en 33 USD/MWh para eólica terrestre y 44 USD/MWh para solar fotovoltaica, en dólares de 2025. Describen generación, no el coste de la energía devuelta por este almacenamiento. Las estimaciones EIA AEO2026 corresponden a recursos estadounidenses que entrarían en servicio en 2031, bajo hipótesis políticas y financieras definidas. Ninguno es una tarifa local, un precio garantizado o una clasificación única de servicios intercambiables. [5], [6]
¿Qué pruebas serían convincentes?
El siguiente paso creíble es un demostrador de laboratorio confinado, evaluado por ingenieros cualificados antes de un piloto de campo. El servicio y los criterios de aceptación deben fijarse antes de los resultados. El trabajo facilitado presenta una evaluación de diseño y escenarios; no aporta mediciones independientes de un prototipo que demuestren ahorro neto o viabilidad comercial. [1]
- Definir el perímetro
Registrar todas las entradas eléctricas y mecánicas, salida útil y auxiliares. Incluir baterías, bus de continua y energía inicial del rotor.
- Medir datos sincronizados
Registrar conjuntamente potencia activa, par, velocidad, presión y temperaturas. Indicar calibración, muestreo, integración e incertidumbre.
- Comparar aire y vacío
Usar trayectorias equivalentes de carga y velocidad. Medir evacuación y espera; comparar una máquina convencional en la misma tarea útil.
- Cerrar el ciclo
Empezar y terminar con la misma velocidad y estado de los demás almacenamientos, o corregir explícitamente sus variaciones. Integrar carga, espera y descarga.
- Publicar una decisión
Exigir un beneficio neto repetible, mayor que la incertidumbre, temperaturas y contención aceptables y un coste de ciclo de vida competitivo para el servicio definido.
Para un ciclo con solo intercambios eléctricos y estados internos equivalentes: E_in = E_out + E_pérdidas, contando los auxiliares una sola vez. Informar de eficiencia CA-CA y pérdidas en espera. La eficiencia del generador desde el eje hasta la salida CA tiene otro perímetro y debe identificarse por separado.
De un banco italiano a una conversación mundial
Un piloto junto a una carga industrial variable o una planta solar puede hacer medible el servicio. PVGIS puede apoyar la evaluación del recurso solar donde proceda; los consumos medidos y los requisitos locales de red completan el análisis. La conexión y el acceso a mercados requieren verificaciones y autorizaciones vigentes en cada jurisdicción. [7]
La comparación ambiental debe incluir fabricación, origen de los imanes, vida útil, reparaciones, contención y electricidad para carga y auxiliares. Un volante presenta riesgos de fallo mecánico y pérdidas continuas. Baterías, supercondensadores y otros almacenamientos deben compararse sobre el mismo servicio. Más generación renovable y almacenamiento eficaz cumplen funciones complementarias.
Invito a la revisión crítica de investigadores, ingenieros, estudiantes y de cualquier persona interesada en una energía resiliente. Mi contribución busca ser concreta: una hipótesis transparente, mediciones reproducibles y una decisión que otras personas puedan comprobar. Conocimiento compartido y respeto por la Madre Tierra van de la mano.
Fuentes, método y notas de edición
Fuentes primarias seleccionadas que respaldan este artículo. El trabajo original incluye una bibliografía más amplia de 25 referencias. Enlaces comprobados el 21 de octubre de 2026. Las fuentes externas describen principios consolidados u otros proyectos; no avalan esta máquina propuesta.
- Giuseppe Carilli · Electromagnetic machine with a vacuum enclosed rotorAuthor-supplied technical paper · 22 pages · IT / EN / ES
- U.S. Department of Energy · Grid-Scale Flywheel Energy Storage PlantProject fact sheet · October 2012
- NASA · 7.0 Thermal ControlSmall Spacecraft Technology State of the Art · 2026
- U.S. Department of Energy · 2022 Grid Energy Storage Technology Cost and Performance AssessmentStorage methodology and lifecycle cost boundaries · 2022
- IRENA · Renewable Power Generation Costs in 2025: Executive Summary2026 · 2025 USD · pp. 6-7
- U.S. Energy Information Administration · Levelized Costs of New Generation Resources in AEO2026April 2026 · 2031 online year · pp. 2-3, 6 and 8
- European Commission, Joint Research Centre · Photovoltaic Geographical Information System (PVGIS)Site-specific solar-resource tools
Qué aclara esta edición
- Añade la relación de energía utilizable entre velocidades máxima y mínima y separa el pequeño anillo del escenario hipotético de 1 MW.
- Recalcula el ejemplo financiero, identifica costes excluidos y explicita la exigencia de vida útil con muchos ciclos.
- Distingue tecnología documentada, decisiones de diseño, economía supuesta y pruebas pendientes. No reivindica un nuevo principio físico, prototipo validado, revisión por pares ni madurez comercial.
Las ecuaciones y los escenarios se recalcularon a partir de los datos declarados en el trabajo. No se facilitó ni generó un conjunto de datos experimentales para esta edición. Es un artículo editorial complementario y no sustituye al trabajo técnico original.
Artículo reunido a partir de los posts introductorio, técnico con vídeo y de comparaciones con gráficos. Diseño conceptual; el rendimiento independiente del prototipo y el coste comercial siguen pendientes de demostración.
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