Velocidade crítica

Definição

Velocidade crítica é a velocidade de rotação na qual forças dinâmicas atuantes fazem com que um componente da máquina (por exemplo, eixo, rotor) vibre em sua frequência natural (também conhecida como frequência intrínseca) e pode até resultar em vibrações ressonantes em todo o conjunto de máquinas e bombas.

Esse efeito pode danificar as máquinas de rotação rápida, mas pode ser minimizado quando essas velocidades de rotação são passadas rapidamente.

Na mecânica dos sólidos, no campo da dinâmica da rotação, a velocidade crítica é a velocidade angular teórica que excita a frequência natural de um objeto em rotação, como um eixo, hélice, parafuso de avanço ou engrenagem. À medida que a velocidade de rotação se aproxima da frequência natural do objeto, o objeto começa a ressoar, o que aumenta drasticamente a vibração do sistema.

A ressonância resultante ocorre independentemente da orientação. Quando a velocidade de rotação é igual ao valor numérico da vibração natural, essa velocidade é chamada de velocidade crítica.

O que é velocidade crítica?

Diz-se que um objeto atinge velocidade crítica quando a velocidade de sua rotação corresponde a uma de suas frequências naturais.

Esse tipo de velocidade é estudado em um ramo da física conhecido como rotor dinâmica, que lida com o movimento rotacional ou angular.

Um objeto rotativo, como uma hélice ou uma bomba centrífuga, muitas vezes deve passar por uma ou mais de suas velocidades críticas à medida que acelera ou desacelera.

Ao operar em velocidade crítica, esses objetos vibram em uma amplitude alta, o que pode causar danos.

Todos os objetos que são compostos de um material elástico têm uma ou mais frequências naturais. A frequência natural de um objeto é o número de vezes que ele se move para frente e para trás quando é acionado.

Quando um objeto está vibrando em uma de suas frequências naturais, é dito que ele tem ressonância ou uma grande amplitude vibracional.

Em um instrumento musical, por exemplo, essa ressonância é desejável porque causa uma amplificação natural do som do instrumento.

No entanto, na dinâmica da rotação, essa ressonância é indesejável porque faz vibrar fortemente as peças mecânicas envolvidas, o que pode danificar o sistema.

Há vários estímulos que podem causar ressonância, um dos quais é o movimento rotacional.

Quando o movimento rotacional de um objeto, também chamado de velocidade angular, causa ressonância, ele está em velocidade crítica.

Objetos mecânicos rotativos devem ser projetados para passar rapidamente por essas velocidades, para que a vibração amplificada que ocorre nessa velocidade não cause danos.

Uma bomba centrífuga ou uma hélice se move através de diferentes velocidades angulares à medida que acelera ou desacelera. Embora um sistema em movimento como esse tenha naturalmente alguma vibração, a vibração amplificada na velocidade crítica deve ser evitada ou passada rapidamente para que o sistema aguente com o tempo.

Assim, a dinâmica do rotor está muito preocupada em resolver as várias velocidades críticas que podem afetar a vida útil de uma máquina rotativa.

A menor frequência rotacional que faz um objeto vibrar em uma de suas frequências naturais é conhecida como sua primeira velocidade crítica.

Um objeto pode ter um número infinito de velocidades críticas, mas a mais importante a ser considerada pelos engenheiros é a primeira.

Alguns objetos rotativos são projetados para operar abaixo da primeira velocidade crítica, mas muitos giram acima dessa velocidade.

Desde que a velocidade de rotação passe rapidamente pela velocidade crítica, isso não deverá ter um efeito significativo na vida útil da máquina rotativa. Problemas podem ocorrer, no entanto, se um objeto for projetado para girar em sua velocidade crítica, pois as vibrações resultantes podem causar a quebra da máquina.

Resumo

A velocidade crítica é a velocidade angular teórica que excita a frequência natural de um objeto em rotação, como um eixo.

À medida que a velocidade de rotação se aproxima da frequência natural dos objetos, o objeto começa a ressoar, o que aumenta drasticamente a vibração sistêmica.

A ressonância resultante ocorre independentemente da orientação.

Quando a velocidade de rotação é igual ao valor numérico da vibração natural, essa velocidade é chamada velocidade crítica.

Para um eixo rotativo, existe uma velocidade na qual, para qualquer pequena deflexão inicial, a força centrífuga é igual à força de restauração elástica. Neste ponto, a deflexão aumenta muito e o eixo é dito “girar”.

Abaixo e acima dessa velocidade, esse efeito é muito reduzido. Essa crítica (velocidade de rotação) depende das dimensões do eixo, do material e das cargas do eixo.

Todos os eixos rotativos, mesmo na ausência de carga externa, desviam durante a rotação. Nenhum eixo é perfeitamente reto e nenhum eixo com massas fixas é perfeitamente equilibrado estaticamente, de modo que o centro de gravidade coincida com o eixo de rotação.

Fonte: www.ksb.com/www.morseairsystems.com.au/www.jsme.or.jp/www.definitions.net/www.wisegeek.org/www.mcnallyinstitute.com/ieeexplore.ieee.org