LOS FAROS. SISTEMA ÓPTICO

Los sistemas ópticos tienen por objeto que la luz producida por una determinada fuente se amplifique para que sea visible desde largas distancias.

Una óptica es un conjunto de elementos reflectantes y refringentes (lentes, prisma y anillos) por medio de los cuales los rayos emitidos por una fuente de luz se desvían en la dirección deseada.

Dentro de las lentes podemos considerar dos tipos: las de horizonte y las giratorias.

-Las ópticas de horizonte concentran los rayos procedentes de una fuente luminosa situada en su foco, de forma que los rayos emergentes forman un haz plano, de mayor intensidad luminosa en el plano focal.

Están formadas por un anillo central de sección lenticular y una serie de anillos de sección prismática por encina y por debajo de él.  Los ejes de revolución del anillo central y de todos los demás coinciden en la misma vertical.

Las ópticas de horizonte se utilizan para conseguir apariencias de luz fija o de ocultaciones, o bien, para cualquier otra apariencia que se quiera conseguir con el encendido y apagado de la fuente de luz.

Lente de horizonte en el Faro de Camarinal.

-Las ópticas giratorias están formadas por varios paneles ópticos convenientemente agrupados, de forma que sus focos coincidan en un punto que es el foco de la óptica, y que sus ejes ópticos se encuentren en el plano horizontal que pasa por el foco o plano focal.

Las ópticas giratorias concentran los rayos de la fuente de luz colocada en el plano focal, dando lugar a una serie de haces direccionales, uno por cada panel óptico, siendo la intensidad en el eje de cada haz mayor que la que se consigue en el plano focal de una óptica de horizonte de análogas dimensiones.

Dentro de las ópticas giratorias se incluyen las formadas por paneles compuestos por una o varias lámparas de haz sellado, o por uno o varios reflectores parabólicos,  con su correspondiente lámpara.  Cada lámpara o cada reflector forma su propio haz direccional pero, a cierta distancia del panel,  todos los haces producidos por las lámparas que lo integran se mezclan formando uno solo cuya intensidad luminosa en el eje es la suma de las parciales de cada elemento, es decir de cada reflector integrante del panel.

Se emplean cuando se quieren conseguir apariencias de destellos  con una fuente de luz que no permite intermitencias  de encendido y apagado (petróleo, lámparas de halógenos), o bien para cualquier fuente de luz cuando se necesitan intensidades luminosas muy elevadas que no se pueden conseguir con ópticas de horizonte.

Lente giratoria en el Faro de Tarifa.

Las lentes

En 1820, Fresnel diseñó la primera “lente Fresnel”  que aún se utiliza en la actualidad. Una lente dirige luz hacia el horizonte y está rodeada de anillos de prisma que atrapan la luz difusa.

Augustin Fresnel ( 1788- 1827)

Para ampliar aún más la luz de las lámparas giratorias, resultó evidente, a principios del siglo XIX, que necesitarían unas lentes muy grandes. El naturalista Buffon y el matemático Antoine de Condorcet  habían propuesto que se construyera una gran lente usando varios anillos de vidrio concéntricos con secciones transversales prismáticas alrededor de una pequeña lente central.  Esta división de la superficie de una lente en anillos fue el principal ingrediente de los diseños posteriores de Fresnel.  Reducía la cantidad de vidrio, y por tanto el peso de la lente,  a una fracción de lo que hubiesen requerido unas lentes macizas del mismo tamaño y de la misma eficacia. Además, amplificaba la luz unas cuatro veces,  comparada con un reflector corriente,  ya que el aparato óptico solo absorbía una décima parte de la luz que lo atravesaba.

El siguiente paso de Fresnel fue unir reflectores (catoptrios) con lentes y prismas (dioptrios), formando un sistema catadióptrico combinado.

 Fue inventada en 1822 y probada por primera vez al año siguiente en el faro de Cordouan.

Faro de Cordouan, Burdeos.

Corte transversal de dos lentes de potencia equivalente: 1. de Fresnel, 2. plano-convexa tradicional.

Lentes de Fresnel en exhibición en el Museo Nacional de la Marina de París, Francia.

La clasificación actual de los faros se basa en tres tipos: faros, balizas y luces de puerto. 

Sin embargo, se suele dar todavía la clasificación en función del orden. Según ésta, las lentes son clasificadas en seis órdenes en función de la distancia que exista entre la llama o el foco de luz y las lentes.

Primer orden

Segundo orden

Tercer orden

Cuarto orden

Quinto orden

Sexto orden

La identificación

Los primeros intentos de identificación datan del siglo XVI, cuando se situaban dos o más luces juntas, ya fuera en diferentes torres, o en una misma torre a diferentes alturas. Era un sistema caro y poco práctico.

En el siglo XVIII se desarrollaron métodos de oscilación horizontal de las luces y pantallas giratorias para producir ocultaciones.

El invento de Fresnel daba una apariencia de luz fija variada por destellos.  Posteriormente añadió los colores,  utilizando exclusivamente rojo y verde.

Estas apariencias presentaban grandes problemas, pues necesitaban de bastante tiempo para ser reconocidas,  dado el largo intervalo entre destello y destello (1 a 4 minutos). Además, al tener distinto alcance los destellos y la luz fija, variaba la percepción de la característica con la distancia del observador al faro.

La invención del sistema de suspensión de los aparatos ópticos sobre flotador de mercurio permitió aumentar la velocidad de rotación, pudiendo dar una vuelta completa de la óptica en 5 segundos. Con esta velocidad, se pudo llegar a adoptar una sola lente de 180º, apoyada con un reflector del mismo ángulo, que originaba un único y potente haz de luz.

Se dispuso que la duración mínima del destello fuera de 1/3 de segundo, y que las apariencias se basaran en la agrupación de destellos y el intervalo de apariciones. Contando el número de destellos,  y su agrupación, podía identificarse el faro.