¿Qué es la velocidad crítica?
Se dice que
un objeto alcanza la velocidad crítica cuando la velocidad de su rotación corresponde a una de sus frecuencias naturales. La velocidad crítica se estudia en una rama de la física conocida como Rotordynamics, que se ocupa del movimiento rotacional o angular. Un objeto giratorio, como una hélice o una bomba centrífuga, a menudo debe pasar a través de una o más de sus velocidades críticas a medida que acelera o desacelera. Mientras operan a velocidad crítica, estos objetos vibran a una alta amplitud, lo que puede causar daños.
Todos los objetos que están compuestos por un material elástico tienen una o más frecuencias naturales. La frecuencia natural de un objeto es la cantidad de veces que se moverá de un lado a otro una vez que se ponga en movimiento. Cuando un objeto está vibrando en una de sus frecuencias naturales, se dice que tiene resonancia o una gran amplitud vibratoria. En un instrumento musical, por ejemplo, esta resonancia es deseable porque causa una amplificación natural del sonido del instrumento. En Rotordynamics, HoweveR, esta resonancia es indeseable porque hace que las piezas mecánicas involucren fuertemente vibren, lo que puede dañar el sistema.
Hay una serie de estímulos que pueden causar resonancia, uno de los cuales es el movimiento de rotación. Cuando el movimiento de rotación de un objeto, también llamado velocidad angular, causa resonancia, es a una velocidad crítica. Los objetos mecánicos giratorios deben estar diseñados para pasar rápidamente a través de estas velocidades críticas, por lo que la vibración amplificada que ocurre a esta velocidad no resulta en daños.
Una bomba centrífuga o una hélice se moverá a través de diferentes velocidades angulares a medida que acelera o desacelera. Si bien un sistema móvil como este naturalmente tendrá cierta vibración, la vibración amplificada a la velocidad crítica debe evitarse o pasar rápidamente si el sistema debe resistir con el tiempo. Rotordynamics se preocupa mucho por resolver las diversas velocidades críticasEso puede afectar la vida útil de una máquina giratoria.
La frecuencia de rotación más baja que hace que un objeto vibre en una de sus frecuencias naturales se conoce como su primera velocidad crítica. Un objeto puede tener un número infinito de velocidades críticas, pero la velocidad crítica más importante para que los ingenieros consideren es el primero. Algunos objetos giratorios están diseñados para operar por debajo de su primera velocidad crítica, pero muchos giran por encima de esta velocidad. Mientras la velocidad de rotación pase rápidamente a través de la velocidad crítica, esto no debería tener un efecto significativo en la vida útil de la máquina giratoria. Sin embargo, los problemas pueden ocurrir si un objeto está diseñado para girar a su velocidad crítica, ya que las vibraciones resultantes podrían hacer que la máquina se rompa.