¿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 por una o más de sus velocidades críticas a medida que acelera o desacelera. Mientras operan a velocidad crítica, estos objetos vibran a una gran amplitud, lo que puede causar daños.

Todos los objetos que están compuestos de un material elástico tienen una o más frecuencias naturales. La frecuencia natural de un objeto es la cantidad de veces que se moverá hacia adelante y hacia atrás 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. Sin embargo, en la dinámica de rotación, esta resonancia no es deseable porque hace que las piezas mecánicas involucradas vibren fuertemente, lo que puede dañar el sistema.

Hay varios estímulos que pueden causar resonancia, uno de los cuales es el movimiento de rotación. Cuando el movimiento rotacional de un objeto, también llamado velocidad angular, causa resonancia, es a velocidad crítica. Los objetos mecánicos giratorios deben estar diseñados para pasar rápidamente a través de estas velocidades críticas, de modo que la vibración amplificada que se produce a esta velocidad no provoque 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 en movimiento como este naturalmente tendrá algo de vibración, la vibración amplificada a la velocidad crítica debe evitarse o pasar rápidamente si el sistema va a resistir con el tiempo. Rotordynamics está muy preocupado por resolver las diversas velocidades críticas que pueden afectar la vida útil de una máquina rotativa.

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 que deben considerar los ingenieros es la primera. 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 rotativa. Sin embargo, pueden ocurrir problemas si un objeto está diseñado para rotar a su velocidad crítica, ya que las vibraciones resultantes pueden hacer que la máquina se rompa.