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martes, 10 de enero de 2017

El intercambio tinta-aire. Un viejo problema

Cuando hablamos  aquí de la capilaridad y del alimentador, quedó pendiente tratar el fenómeno físico del intercambio tinta/aire en el interior del depósito. Y hemos visto también en este lugar cómo la presión de aire actúa en el interior del depósito de las estilográficas. Pues bien, para seguir profundizando en nuestro conocimiento de la física de las estilográficas y su funcionamiento, vamos a examinar estos dos importantes fenómenos en conjunto

El alimentador es la pieza clave de la estilográfica por dos aspectos esenciales:
  1. trasmite la tinta, por capilaridad, desde el depósito hasta el papel, y
  2. permite intercambiar tinta por aire en el interior del depósito
Si la tinta solo pudiese salir y no hubiera nada que la sustituyera dentro del depósito, el flujo se interrumpiría en poco tiempo. Es lo que ocurre cuando sostenemos una pajita llena de líquido si colocamos un dedo en su extremo superior; aunque esté boca abajo, el líquido no se caerá, por la sencilla razón de que, para que la tinta salga, el espacio que ocupaba debe ser sustituido por otro elemento. Si levantamos el dedo de la pajita, entra aire en la misma y, entonces, el líquido en cuestión cae por gravedad.


En una jeringuilla, que parece similar a una estilográfica de pistón, el problema no existe porque el pistón interior baja con el líquido y, por tanto, no hay elemento alguno que se intercambie con él. En las plumas de pistón, en cambio, sigue siendo necesario un sistema de intercambio porque el mecanismo no acompaña al nivel del líquido expulsado. Ocurre lo mismo con las de bomba de vacío, de ahí que deba abrirse ligeramente el culote superior para dejar que el aire pase hacia el depósito.


En las estilográficas  ocurre, por tanto, que la tinta que sale del depósito debe ser necesariamente sustituida por aire, so pena de que el flujo se interrumpa en el momento exacto en que el aire que queda allí genera más fuerza interior, por causa del vacío, que la que genera la tinta al salir por capilaridad. Louis Waterman fue el que resolvió el problema. Veámoslo con algunos esquemas.

En el siguiente dibujo vemos una pluma en reposo. La tinta ni sale ni entra puesto que el plumín no está en contacto con el papel. La tinta empapa el alimentador. Como vemos en el esquema, se trata de un corte de perfil en el que podemos apreciar un canal que va desde el agujero de ventilación (aunque puede nacer en otro lugar distinto del alimentador) hasta el  depósito. Le llamaremos canal de aireación o toma de aire.

El mecanismo de intercambio tinta/aire funciona como sigue: a medida que la tinta sale por el plumín, crece la fuerza del vacío que se crea en el interior del depósito. En el esquema vemos la correlación de fuerzas.


¿Cuales son estas fuerzas? por un lado, la gravedad, que empuja la tinta hacia afuera. Por otro, el vacío, que se crea en el interior del depósito a medida que la tinta sale sin que  nada la sustituya. Este equilibrio de fuerzas es absolutamente esencial para que el flujo de tinta sea regular ya que la capilaridad, por sí sola, podría ser incapaz de contener un volumen excesivo de tinta, provocando las temidas pérdidas.


Pues bien, este equilibrio se rompe cuando la pluma escribe porque la tinta sale del depósito sin que ningún otro elemento la sustituya. Pero cuando el vacío aumenta, llega cierto punto en que su fuerza es capaz de absorber una burbuja de aire que toma del exterior por el único sitio disponible, esto es, el canal de ventilación que hay en el alimentador. Esto ocurre porque la fuerza que genera la presión interior del depósito es más baja que la del exterior (ambiente), de manera que el aire, menos denso que el líquido, pasa espontáneamente de un lugar a otro equilibrando la presión en ambos lugares. En el esquema vemos cómo la burbuja de aire a presión ambiental comienza a entrar por el orificio de ventilación del plumín hacia el depósito con la presión más baja.


La  burbuja de aire sube así  por el canal de aireación hasta el depósito, atraviesa la tinta y llega hasta el aire interior que se ve nuevamente equilibrado. A medida que la tinta sigue saliendo, es decir, que usamos la pluma, la presión vuelve a desequilibrarse y el proceso se repite indefinidamente.

En todo momento, el flujo de tinta es continuo porque el alimentador sigue empapado, de manera que se puede seguir escribiendo sin interrupción. Cuando la presión del vacío interior del depósito vuelve a crecer, otra nueva burbuja de aire se tomará del exterior y reemplazará la tinta saliente.

Espero haber contribuido a hacer más comprensible el sutil mecanismo de intercambio tinta/aire en el interior del depósito de una estilográfica. Saber cómo funciona una pluma nos permite darnos cuenta de la pequeña maravilla física de la que no nos apercibimos cuando escribimos pero que tantas centurias se tardó en entender y resolver.

(todos los dibujos son del autor; los esquemas de la pluma, sobre una idea original de Enrst Bitterman)

14 comentarios:

  1. Un paralelismo bastante visible sería el proceso de una botella al servir una copa: Entra aire, sale líquido. Más vertical, más burbuja.
    Muy buenos dibujos, sí señor.

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    1. Exactamente, querido Rafael; en una botella que se vacía se da el mismo fenómeno. Y los más provectos recordarán aquellas botellas que se usaban en el campo y que tenían un corcho con dos pajitas, una corta para que el líquido saliera y una larga para que el aire entrara. Un fuerte abrazo, amigo mío y gracias como siempre por estar ahí.

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  2. Curioso fenómeno, uno escribe sin saber que la física ésta haciendo de las suyas. Gracias por las imágenes y la clara explicación aire-tinta.

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    1. Gracias a ti por tu comentario, amigo Miguel. Un saludo muy cordial

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    1. Obrigadinho, meu amigo; forte abraço com amizade.

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  4. Hola Pedro,
    te puse hace unos días un comentario sobre donde encontrar las curiosas Reform y ahora, conocedora de tu política de no publicitar plataformas de venta ciertamente lo lamento.
    Quería comunicarte que ahora, y tras una intensiva búsqueda por casa, soy orgullosa poseedora de dos flamantes Inoxcrom 77 (que rascan muchisimo el papel y pierden tinta por todos lados, por cierto), una anónima Inoxcrom con plumín 1stQual (?) M, una Ciros roja con un Iridium Point Ger. ligeramente ornamentado que se desliza como la seda, dos Pilot Urban (estas sí, nuevas y flamantes, traídas directamente por navidad.) y una, estoy convencida, imitación de MontBlanc Meisterstrück. Mi abuelo posee una antíquisima Kaweco, creemos que de ¿resina? color marfil con plumín de oro, regalo de noviazgo de mi abuela, grabada con su nombre, que ha sido un maravilloso descubrimiento.

    Se que no es nada especial, pero a mi me parecen los artefactos más bonitos del mundo. Estoy estudiándome tu blog de principio a fin y me está resultando muy revelador, solo me queda darte las gracias por este espacio y por alimentar mi nuevo hobby y mi sed de conocimiento!
    Saludos cordiales.

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    1. ¡Qué emocionante comprobar que personas como Claudia (me la imagino joven y moderna) se vean infectadas por el virus de la estilofilia!
      Apúntese el tanto, admirado Pedro.

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    2. Como muy bien apunta Juan, me siento orgulloso de contribuir a que los jóvenes descubran la pasión estilófila. Querida Claudia, te felicito por esa incipiente pero magnífica colección que estoy seguro te deparará grandes satisfacciones. Kaweco es una marca muy antigua y pueden encontrarse ejemplares con muchos años pero en buen estado de conservación. La de tu abuelo será para ti, además, una pieza entrañable de incalculable valor sentimental. Felicidades. Gracias por tu comentario y por compartir tu experiencia; será un placer contar contigo en todo momento.

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  5. Simplemente excelente explicación y esquemas.

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  6. Magnífica explicación. Simplemente soberbia.

    Muchas gracias.

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    1. Gracias Mario, encantado de saludarte, amigo mío.

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  7. Jope, Pedro, estoy alucinando, eres un crack!!!!

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