Mecánica de fluídos en los Sistemas de Suministro de Tinta Continua

Podemos estudiar la interacción de estos dos fluidos dentro de un Sistema de Suministro Continuo mediante la Hidrostática y la Hidrodinámica con el fin de establecer pautas para una óptima operación, reduciendo los problemas.

En un Sistema de Suministro Continuo interactúan dos fluidos:

• la tinta, líquido que toma la forma del recipiente que lo contiene (baja resistencia a la deformación) sin ocupar todo su volumen; y
• el aire, gas que tiende a ocupar todo el espacio disponible en el recipiente.

Ambos fluidos comparten dos características:

• se mueven si se aplica una fuerza relativamente pequeña.
• su resistencia a la deformación es prácticamente nula.

Tomada de Flirk, chamr2010

Las grandes distancias que existen entre las moléculas que los conforman permite que éstas se muevan continuamente, dando lugar a su baja resistencia a la deformación.  Sin embargo, para efectos prácticos, se supone que los líquidos tienen una estructura continua, es decir, la distancia entre sus moléculas es prácticamente cero y todas están muy juntitas.

Densidad

La cantidad de masa contenida en una porción de volumen se denomina densidad.  La suposición de continuidad implica que como la cantidad de moléculas en todo el volumen de fluido no varia (y por lo tanto, su masa), la densidad también es constante en todo el fluido.

La densidad de las tintas de impresión está entre 1g/cm³ y 2.25g/cm³, y se vuelve más densa a menor temperatura.  Para más detalles puede consultar las Propiedades físicas de las tintas de impresión inkjet.

El peso específico (γ) se mide el efecto de la gravedad sobre la densidad de un fluido.

γ = ρ * g

Viscosidad

Es la resistencia de un fluido al movimiento.  En condiciones normales, un fluido tiende a moverse de forma dispareja.  En los líquidos newtonianos, la parte de abajo fluye más lento que la de arriba.  La tinta de una impresora es un líquido no-newtoniano, y su movimiento sigue un patrón diferente.

Relaciones con la Temperatura

La mayoría de impresoras suelen trabajar a una temperatura de operación de 15 a 35°C (59 a 95°F).

La densidad, la viscosidad y el peso específico de los líquidos, como las tintas de impresión, dependen de la temperatura: los líquidos se vuelven más densos y viscosos cuando baja la temperatura; y se hacen menos densos y más fluidos cuando ésta sube.

En los gases sucede al revés: a mayor temperatura, mayor viscosidad.

Compresibilidad

Si un fluido cambia su volumen, se expande o se contrae, a medida que cambia la presión, se dice que es compresible.  E es el módulo de compresibilidad, y expresa la medida en la que un fluido cambia su volumen con la presión.

El valor E para el agua, en condiciones normales, es:

E = 21000 Kg/cm2,

por eso se dice que el agua es un fluido incompresible.  En general, los líquidos suelen ser incompresibles y los gases suelen ser altamente compresibles.

Tensión superficial

Una molécula en la superficie de un líquido tiene que soportar fuerzas diferentes a las de otra en el interior del líquido.  La tensión superficial es el trabajo necesario para llevar toda una capa de moléculas desde el interior del líquido hasta su superficie.

• La tensión superficial disminuye con el aumento de temperatura.
• La presión en el interior de una gota (o de un chorro delgado) de líquido es mayor que en el exterior.
• Cuando se introduce un tubo capilar (de diámetro muy pequeño), el líquido sube una altura h por el interior del capilar, debido a la tensión superficial.

Presión de Vapor

Los líquidos tienden a evaporarse, y las moléculas de vapor (burbujas) que llegan al espacio vacío del recipiente ejercen una presión adicional sobre el líquido: Presión de vapor (Pv).  La presión de vapor aumenta con la temperatura.

Cuando la presión dentro del recipiente (Pe) es igual a la presión de vapor del líquido, ocurre la ebullición.

Cavitación

La cavitación es un fenómeno que ocurre cuando los cambios de presión del fluido generan burbujas que luego implosionan.  En estos casos se escuchan ruidos y las paredes de los tubos presentan daños en forma de picadura.

Esfuerzo de corte

Fuerza mínima necesaria para mover un fluido.

Parte II: La Presión