Sistemas ópticos de los faros. La lente de Fresnel

SISTEMAS OPTICOS

Los sistemas ópticos sirven para que la luz producida por una fuente determinada se amplifique con objeto de que pueda ser visible desde mucha distancia.

Como óptica se puede definir el conjunto de elementos reflectantes y refringentes (tales como lentes, prismas y anillos) a través de los cuales los rayos emitidos por una fuente de luz se desvían en la dirección que deseemos.

En 1748, George Louis Leclerc, escritor y naturalista francés, sugirió que las lentes podrían tener su peso sensiblemente disminuyendo su superficie esférica sin disminuir su potencia. Esta idea fue llevada a la práctica por Fresnel que lo consiguió rebajándola con cortes de la lente en anillos circulares concéntricos consecutivos.

augustin-jean-fresnel

Augustin Jean Fresnel (1788-1827) fue un físico francés que contribuyó significativamente a la teoría de la óptica ondulatoria. Estudió el comportamiento de la luz tanto teórica como experimentalmente e inventó una lente menos pesada. Sus trabajos en óptica recibieron durante su vida muy poco reconocimiento público, incluso algunos de sus trabajos no fueron publicados por la Académie des Sciences hasta mucho después de su muerte.

Fresnel era ingeniero del departamento de Puentes y caminos. De ese departamento dependían los faros. En 1819, fue nombrado comisario de los faros en Francia. Fresnel, basándose en los experimentos llevados a cabo por George Louis Leclerc y Antoine de Condorcet diseñó un sistema de lentes dióptricas que refractaban la luz para crear un haz horizontal o vertical a partir de un punto de luz ubicado en su eje focal. Esas lentes sustituirían a los espejos de los faros y se denominaron lentes de Fresnel, en honor a él.

La primera lente de Fresnel fue instalada en 1823 en el “faro de Cordouan” en Francia. A partir de ese momento, la Lente de Fresnel se convirtió en el tipo de óptica más usado en los faros. El primer fabricante de las lentes de Fresnel fue la empresa Soleil en St. Gobain (Francia).

A los faros que utilizaron la lente para amplificar la luz se les denominó “faros lenticulares o dióptricos” y a los que usaron reflectores se les denominó “Catóptricos”, estos últimos usaban reflectores como el sistema de Lewis.

Las lentes de Fresnel son vidrios tallados o plásticos fabricados de la misma forma cuya misión es hacer que los rayos de luz se comporten al atravesarlas del mismo modo que cuando atraviesan lentes plano convexas. Es un diseño que permite la construcción de lentes de gran apertura y una corta distancia focal sin el peso y volumen de material que debería usar en una lente de diseño convencional.

Cuando las lentes son grandes, su grosor puede hacerse excesivo, haciendo la lente muy pesada y cara. Se pueden mantener los radios de curvatura de las lentes separándolas en anillos circulares. El grosor de la lente en cada anillo es diferente, eliminando el enorme espesor que tendría la lente en el caso de ser sus superficies continúas, mientras que la superficie presenta un aspecto escalonado.

La idea de una lente de Fresnel nunca está en formar una imagen de calidad sino en conseguir de forma barata y poco pesada un sistema colimador-focalizador de luz.

Fuentes bibliográficas

Guía multimedia de los faros de España. Puertos del Estado. Ministerio de Fomento.

Construcción de los faros

La ubicación de los faros determina el tipo de material que se ha de usar en su construcción. Existen diferencias si el faro está ubicado en tierra firme o se erige en el mar.

Construcción en tierra

Las estructuras construidas en tierra firme constan de una torre que alberga el faro y de varias dependencias anejas, entre las que se encuentran las destinadas a viviendas de los torreros y las que sirven para los equipos de sirena y radio.

faro-de-roquetas
Faro de Roquetas
faro-de-punta-de-teno
Faro de Punta de Teno
faro-albir
Faro de Albir

Construcción en el mar

Las estructuras construidas en el mar por motivos obvios contienen dentro de la misma torre todas las dependencias que en las estructuras de tierra firme son anejas al faro. A pesar de que pueda parecer lo contrario la estructura de todos los faros es la misma.

La altura de las torres de los faros se calcula en función de la altura del terreno donde están situadas y el alcance necesario para la luz. Al considerar la estabilidad de la torre deben tenerse en cuenta: la fuerza del viento y en ocasiones el empuje de las olas.

ar-men
Phare Ar-Men
faro-de-cordouan
Phare de Cordouan
bell_rock_lighthouse
Bell Rock Lighthouse
chicago-harbor-lighthouse
Chicago Harbor Lighthouse

El sistema de iluminación de los faros ha evolucionado igual que la iluminación en el ámbito doméstico. Empezaron por las maderas, luego las velas, a continuación con la revolución industrial se introdujeron el carbón, el aceite, el petróleo y otros gases. Todos estos materiales han sido usados para obtener la luz hasta que se descubrió y se generalizó el uso de la electricidad. En la actualidad, la energía solar es la fuente de energía utilizada en un importante número de faros automatizados.

En España, en el año 1842 se constituyó la Comisión Permanente de Faros. Un órgano colegiado de carácter interministerial cuya misión es emitir un dictamen sobre las señales marítimas de nueva creación o existentes. En el año 1847, se aprobó el primer “Plan de Alumbrado Marítimo de las costas españolas”. Este plan dio lugar a la mayor parte de los faros existentes en nuestro país.

Fuentes Bibliográficas

Historia de los faros. Puertos del Estado. Ministerio de Fomento

Origen de los faros

faro-alejandria

Origen de la palabra FARO

Un faro es una torre construida junto a la costa que tiene en su parte superior una potente luz para orientar la navegación.

En la Edad Media, la palabra “Faro” identificaba una hoguera que servía como señal. Era un sinónimo de la palabra procedente del árabe “alimara” que significa “ahumada” señal desde una atalaya. Esta palabra también se usó en español.

Orígenes de los Faros

La vista del fuego en tierra firme siempre ha sido un aviso de peligro para los navegantes. Homero en el año 700 a. de C. escribió en la “Odisea” que el uso de fuegos y fulgores servía para guiar a los marineros y para la señalización de tierra a los barcos.

Para facilitar la navegación nocturna se hizo todo lo posible para mantener fuegos permanentes. Esas primeras hogueras dieron paso a los faros. El hombre desde épocas remotas se ha esforzado en conseguir que la iluminación de los faros fuese cada vez mayor y de esa forma garantizar que sus luces se pudieran ver desde mucha más distancia.

Los primeros faros que se conocen eran fuegos de canalizo. Sus principales defectos eran: que la luz no era muy potente y que debían ser atendidos continuamente. Además de estos problemas, había otro ya que ningún marinero podía afirmar donde estaban ubicados o cuando estaban encendidos. Si a eso le añadimos que los ladrones encendían faros falsos para que los barcos encallasen y así poderlos saquear. No resulta muy difícil pensar que los faros no eran buenos referentes para la navegación.

Hacia el año 290 a. de C., se erigió un faro llamado “El Coloso” en la entrada del puerto de Rodas (Grecia). Era una estatua de bronce del dios del Sol, Helios. Tenía unos 40 metros de altura y el fuego en su parte superior. Fue construida por Cares de Lindos y destruida 80 años más tarde a causa de un terremoto.

El “Faro de Alejandría” fue el faro más famoso de la antigüedad. Fue concebido por Ptolomeo Soter alrededor de 290 a. C. El faro tenía una base cuadrada y una torre de unos 100 metros de altura. Fue destruido en el año 1302 por culpa de un terremoto.

Podemos pensar que los primeros en utilizar faros fueron los fenicios y los cartagineses, ya que encendían grandes hogueras en la cima de las torres de vigía para destacar los puntos estratégicos de la costa. Los griegos y los romanos construían torres altas en la entrada de los puertos para señalar donde había tierra.

Los “faros o alimaras” podían construirse en cualquier punto de la geografía aunque lo más normal era que se aprovechasen los puntos con mejor visibilidad. Si además del faro, se erigía una torre en esos lugares se incrementaba la visibilidad y la defensa. Esas torres defensivas recibieron varios nombres siendo lo más usuales “atalayas” y “torres de vigía”. Las funciones de los faros eran múltiples ya que iban desde avisar a los náufragos a anunciar la partida o desembarco de alguna nave pero sin lugar a dudas su función primordial era tocar a rebato contra los enemigos llegados por mar.

Fuentes Bibliográficas

Historias de los faros. Puertos del Estado. Ministerio de Fomento