AVANCES EN EL MODELADO DE LA TRANSFERENCIA DE LIQUIDO ENTRE UNA CAVIDAD Y UN RODILLO ROTANTE

RAFAEL DÍAZ ARIAS; SEBASTIÁN UBAL; DIEGO M. CAMPANA

Oro Verde

Congreso; XVI Encuentro de Recientes Avances en Física de Fluidos y sus Aplicaciones; 2021

Facultad de Ingeniería - UNER

El desarrollo de nuevos materiales polim´ericos y tintas conductoras, como por ejemplo los que seutilizan en pantallas OLEDs y similares, permite que en la fabricaci´on de dispositivos se puedanutilizar tecnolog´ıas de impresi´on tradicionales como el roto-grabado (gravure printing). Estat´ecnica de impresi´on es un proceso continuo, con alta resoluci´on, alta velocidad de producci´ony con un amplio rango de viscosidades del fluido trabajo. All´ı las cavidades son llenadas conel fluido, que luego es transferido por contacto directo con el sustrato flexible donde se va aimprimir. Para modelar este proceso, se debe resolver la din´amica de fluidos viscosos en escalamicrom´etrica y en presencia de interfases y l´ıneas de contacto, donde las fuerzas de tensi´onsuperficial son dominantes.Por ello se desarroll´o un modelo plano bidimensional (2D), representaci´on del proceso detransferencia de l´ıquido desde una cavidad trapezoidal a una placa plana. All´ı se resolvieronlas ecuaciones de Navier-Stokes, tanto en r´egimen de flujo de Stokes como incorporando lasfuerzas de inercia. Queda por lo tanto un problema de flujo viscoso en un dominio deformable yvariable en el tiempo, considerando las fuerzas de tensi´on superficial en la interfases l´ıquido-gasy, donde estas se encuentran con las superficies s´olidas, la din´amica de las l´ıneas de contacto. Elsistema de ecuaciones diferenciales se resolvi´o con el m´etodo de elementos finitos en el softwarecomercial COMSOL Multiphysics.En primer lugar se resolvi´o el modelo con fuerzas de inercia nulas, quedando como par´ametroadimensional m´as representativo el n´umero capilar Ca = µV=σ (donde V es una velocidadcaracter´ıstica, µ la viscosidad y σ la tensi´on superficial), relaci´on entre las fuerzas viscosasy capilares del problema. Posteriormente se incorpor´o la incidencia de la inercia a trav´es delt´ermino de aceleraci´on convectiva de Navier-Stokes, introduciendo el n´umero de Reynolds Re =ρV δ=µ (donde ρ es la densidad y δ una longitud caracter´ıstica) como par´ametro. Cuando eln´umero de Reynolds se eleva hasta Re ∼ 10, la fracci´on transferida aumenta alrededor de un40 %, dependiendo del rango de operaci´on. Esto se debe a que se incrementa la movilidad enlas l´ıneas de contacto, favoreciendo una mayor remoci´on de l´ıquido en la cavidad.En el modelo se evalu´o tambi´en la influencia de fuerzas de cuerpo no-inerciales (fuerzas ficticias,sistema de referencia no inercial); all´ı la inclusi´on de la inercia tiene un efecto m´as notable sobrela posici´on y tama~no del patr´on impreso en el rango 0; 05 < Ca < 0; 15. Cabe destacar que lamovilidad de las l´ıneas de contacto es crucial para mantener la precisi´on y fidelidad del patr´onimpreso.Por ´ultimo, se incluy´o en el modelo la variaci´on del ´angulo de contacto en funci´on de la velocidad relativa entre la propia l´ınea y la superficie (´angulo din´amico). Se modifica el ´angulo de contacto din´amico de manera proporcional a la velocidad relativa entre la superficie y la l´ınea de contacto, siendo la constante de proporcionalidad GCa, donde G es un par´ametro de fricci´on entre la l´ınea de contacto y la superficie. Esto sugiere que la movilidad de la l´ınea de contacto sepodr´ıa controlar a trav´es de una combinaci´on de los par´ametros f´ısico-qu´ımicos y condicionesde operaci´on del proceso. Los resultados muestran que el modelo de ´angulo de contacto din amico es m´as relevante a bajos valores del Ca.