Faros y Balizas

FAROS Y BALIZAS

Los faros han guiado a los barcos desde tiempos remotos. El Faro de Alejandría, el Coloso de Rodas, son míticos, pero la Torre de Hércules, en la Coruña, aún está en activo. La imagen de los faros, se recorta en muchas  de nuestras costas:

Las torres no están normalizadas, en el caso de la de cadiz, es metálica:

En la parte superior está la linterna con la fuente de luz y la óptica. En el caso de la de Cadiz, se construyó en 1903, después de haber derruido la anterior, por temor a los ataques de la armada de Estados Unidos durante la guerra de Cuba. Fue de las primeras que se electrificó, primero con arco eléctrico. En la actualidad utiliza lámparas halógenas:

Pero si de faros se trata, remitimos al blog "Desde un Faro".

Buscando información sobre Gustav Dalen, di con  José Antonio Mera Espiño y sus recuerdos en el servicio de señales marítimas. Algún tiempo después, le hice una serie de consultas sobre los viejos sistemas de alumbrado en faros y balizas. Gran parte de lo aquí expuesto, se debe a su conocimiento y amabilidad.

COMBUSTIBLES Y SISTEMAS DE ALUMBRADO

A lo largo de la historia de los faros, se han usado todo tipo de combustibles, desde leña a carbón y, sobre todo, aceite. Aun en el siglo XIX, fue usado aceite de oliva en el Mediterraneo, de colza en Francia o de ballena en Inglaterra. La aparición de la parafina, que en castellano se denomina también, queroseno o petroleo, supuso un gran avance, junto con el perfeccionamiento de las lámparas.

Dichas lámparas se beneficiaron de los avances en mechas, sistemas de alimentación mecánicos o por gravedad y mecanismos de relojería, para conseguir la luz y los efectos de los faros. Sin embargo, las balizas sobre boyas, serían poco eficaces, hasta la aparición del gas.

BALIZA PINTSCH DE GAS DE ACEITE O GAS AZUL

La casa Pintsch, en la primera mitad del siglo XIX, comenzó fabricando gas de aceite de petroleo o de carbón, para iluminar los vagones de ferrocarril. El gas ciudad, procedente de la destilación de la hulla, ocupaba mucho volumen y al comprimirse, se reducía su poder lumínico. Pintsch, fabricó un gas sometiendo el petroleo a una gran temperatura y lo comprimió. El diseñar una lámpara que aprovechase ese gas y mejorarla, le hizo estar presente en los vagones de las compañías de medio Mundo.

Tenía un gas bastante luminoso a gran presión y un regulador que controlaba la salida al quemador, utilizar estos elementos en las balizas no era tan difícil. En la boyas algo más, las primeras boyas que utilizó fueron las antiguas minas usadas en la guerra Franco-Prusiana. Estos flotadores metálicos alojarían el gas. Pero era necesario el diseño de un tipo de linterna que aguantase los embates del mar y el viento, sin que la llama se apagase:

En esta patente de 1877, Richard Pintsch sienta las bases de lo que será la arquitectura de las linternas de gas, en balizas y boyas. El siguiente diseño, recogido por la revista "The Engineer", en 1882, será casi idéntico al modelo de baliza que llegará hasta la segunda mitad del siglo XX, también en esta época, se patentará un sistema de destellos aprovechando la presión del gas. Estos destelladores, hay quien los atribuye a Dalen, quien los perfeccionó mucho después:

La supremacía de las balizas de gas Pintsch, era apenas discutible en el siglo XIX. La aparición del acetileno entusiasmaba, pero al intentar comprimirlo, explosionaba con consecuencias devastadoras y la electricidad aún era poco fiable. De hecho, las balizas eléctricas del puerto de Nueva York, después de sufrir deterioros en el cable y fallos en las lámparas, se volvieron a poner de gas. Pero aún así, la casa Pintsch, que estaba dispuesta a perdurar y continuar fabricando señales marítimas hasta el siglo XXI, no cesó de investigar, y comenzó a trabajar con Auer en las camisas (camisetas o manguitos), de alumbrado incandescente. Así, en 1908, patenta un manguito rígido que aguante el traqueteo de los trenes y la violencia del oleaje. 

Otra patente, referida a un quemador invertido, dentro de una linterna de baliza, se aprueba en Alemania en 1907 y en el Reino Unido en 1910

. Así, en 1912, ya se fabrica la baliza que se va a tratar en este punto y que es la que pertenece a la colección. Una baliza que funcionaba con manguito de incandescencia. Se trata de una linterna fabricada en bronce, con el capuchón y la chimenea en cobre. 

No se observa sello, solo algunos números o letras marcados en el quemador. En la base, una placa indicando el tipo de baliza DW (Deep Water), aguas profundas, el número 451, que sigue siendo una incógnita y 12 pulgadas que se refiere a la óptica.

En principio, se ha preferido dejar los metales con el óxido que el mar y el tiempo han acumulado. De pulirse, la baliza tendría el aspecto de la fotografía:

Originalmente, estaría pintada de rojo.

En el mar, según el trabajo Visual AIDS to Navigation on Inland Waterways:

Hasta 1907, las balizas de gas pintsch, eran de llama desnuda, con uno o varios quemadores. A partir de ese año, se patenta un dispositivo de llama inversa que llevará una camiseta incandescente. La llama desnuda, quedará en una llama piloto de pequeño caudal constante.

La llama piloto estará siempre encendida, la principal dependerá del tipo de baliza. Si la baliza es de luz constante, estará permanentemente encendida, si es de destello, se apagará a cada ocultación para encenderse de nuevo marcando la frecuencia precisa. La llama piloto, será la encargada de cada nuevo encendido.

Alrededor de esta llama, se coloca la lente fresnel. Que, en este caso, está compuesta de 7 elementos anulares, de cristal cortado y pulido:

Dichos anillo, están unidos por perfiles de bronce o latón:

En el manual de esta baliza, editado en 1912, se detalla el funcionamiento y varios aspectos de su mantenimiento, pinchando en la siguiente imagen se puede ver el documento completo:

En este manual, está el esquema de la baliza, aunque en el texto no se hallan todas las correspondencias de las letras:

Si se toma la zona de los quemadores, L es la conducción del gas al quemador principal, X la lente fresnel de 100mm de distancia focal, M la boquilla del quemador principal, S la camisa incandescente reforzada, R el cilindro del filtro (rojo en el caso de la baliza de la colección, N el quemador de la llama piloto:

Además de detallar el funcionamiento, se explica como regular las salidas de gas, como limpiar o como cambiar las camisas incandescentes:

Este tipo de balizas podían utilizar gas Pintsch, pero también el llamado gas azul o GLP, Gas, Licuado de Petroleo. Esto es, butano y propano. Estos últimos gases, menos peligrosos, hicieron sobrevivir el modelo durante años. La empresa Pintsch, también utilizó el acetileno, pero sería la empresa AGA, la líder en este campo. En la actualidad, las distintas filiales de Pintsch, continúan fabricando luces de ferrocarril y ayudas a la navegación, aunque lejos quedan esas primeras balizas en el Canal de Suez como se muestra en la fotografía de Visual AIDS to Navigation on Inland Waterways:

BOYAS ILUMINADAS CON ACETILENO AUTOGENERADO

A finales del siglo XIX y principios del XX, se hicieron ensayos con boyas y acetileno a presión. Los resultados fueron desastrosos, el acetileno explosiona apenas se comprime. 

En los primeros años del siglo XX, aparecen multitud de diseños de boyas autogeneradoras de acetileno. Esto quiere decir que eran como los faroles de carburo, con el mismo sistema, pero de tamaño gigantesco.

La mayor parte de estos diseños, no llegó a ser más que un proyecto; sin embargo, el ingeniero canadiense Thomas L. Wilson llegó a fabricar su ingenio:

En esencia se trata de un depósito de carburo que admite cientos de kilos, que al recibir agua del mar, forma acetileno.

La luminosidad del acetileno era mucho mayor que la del gas Pintsch.

Este gigante de 15m de altura y 15Tm de peso, fue aprobado y adquirido por Canada, Estados Unidos y gran parte de Latinoamerica. Ingenieros españoles alabaron sus características y seguridad frente a las balizas de gas existentes.

Sin embargo, el tiempo iría descubriendo lo engorroso y peligroso que resultaba este sistema. Una cosa es llenar un candil de carburo con una piedra de este producto químico y otra, muy distinta, cargar media tonelada en una boya, en el mar. Se recubrió el carburo de aceite para hacerlo impermeable, pero, aún así, se producía gas y a la mínima chispa la explosión.

BALIZA DALÉN DE ACETILENO

Pero, el acetileno para la ayuda a al navegación, no fue verdaderamente operativo hasta que Gustaf Dalén terminó los ensayos que le costaron la vista. Sería entonces, cuando el acetileno, extremadamente depurado, se almacenaría en una bombona, como acetileno disuelto. Esto es, disuelto en acetona, que se encontraba empapando un material poroso de su propia invención.

Este pequeño artilugio de apenas 7Kg, es lo bastante representativo como para tratar las linternas de la casa AGA, empresa de la que Dalén fue director:

Fundamentalmente, se trata de un cilindro de latón, donde se encontraría el destellador y una chimenea de cobre. Entre medias, una lente fresnel, también cilíndrica. Dentro de la lente, un filtro que puede ser rojo o, como en este caso verde. La arquitectura recuerda bastante a las linternas fabricadas por Pinsch:

Al igual que las luces de gas a presión, podían ir montadas en boyas:

Al igual que hoy ocurre con las señales eléctricas:

De la misma forma podían estar montadas en islotes o tierra, este es el caso de la baliza de Peña Horadada:

Este Islote de la Bahía de Santander, cuyo puente hoy está hundido, continúa sustentando una baliza:

DESTELLADORES DE ACETILENO

Es sabido que una señal marítima destella a muy diferentes frecuencias y tiempos. Conseguir esto, es sencillo para luces electricas con sistema electrónico. Mas complejo es si son luces eléctricas con sistema mecánico. Si se trata de luz mediante llama, la cosa se complica. Como se ha visto con anterioridad, la casa Pintch, entre 1882 y 1883, había desarrollado y patentado un sistema de destello que aprovechaba la presión del propio gas. El destellador, estaría dentro de la linterna.

La empresa AGA, dirigida por Gustav Dalen, perfeccionó los destelladores por presión de gas y los adaptó para el uso con gas acetileno. 

Aunque el quemador de la linterna anterior ha desaparecido, era muy similar a éste de una linterna de 150Kg y 30cm de diámetro. El acetileno entraría por la parte inferior y se distribuiría entre la llama piloto (encendida de modo permanente) y el quemador. El quemador se apagaría o encendería según la exigencia de la señal.

Dentro del cuerpo de este aparato, la propia presión del gas acetileno, actúa sobre un regulador. Dicho regulador es una membrana de cuero. De esta forma se mueve una rueda dentada que abre o cierra el paso del gas, mediante un sistema de aguja y muelle.

La frecuencia del destello se consigue mediante una palanca.

Este es el regulador más simple, si se juegos de destellos, los cuerpos del aparato se multiplican, así como las tuberías.

GUSTAF DALÉN

En 1912, Dalén pierde la vista en un accidente durante una demostración sobre acetileno disuelto. Ese mismo año, se le concede el premio Nobel de física. Al parecer fue un premio muy controvertido, puesto que era sueco y ciego. Sin embargo, consultando la hemeroteca de la época, se observa que Dalén era un personaje admirado y los periódicos de entonces, celebraron el premio nobel y lamentaron la perdida de su vista. 

Cuando parece que este premio se cuestiona, realmente, es ahora, así, la pretenciosa revista actual Muy Interesante, sitúa a Dalén entre los 8 premios nobel a olvidar. En plan Sheldon  Cooper, banaliza los trabajos de este doctor en física y los enfrenta a los hallazgos de la física teórica de la época. Olvidando que, al fin y al cabo, el mayor de los inventos de Nobel fue la dinamita, estabilizando la nitroglicerina en un material poroso (con perdidas personales) y Gustav Dalén estabilizó el acetileno en un material poroso (con perdidas personales). Además, el sencillamente ingenioso invento de la válvula solar, ha perdurado hasta nuestros días. Gracias a los inventos de Dalén, se salvaron las vidas de muchos operarios de señales de navegación, se evitaron multitud de naufragios en una época en que la navegación estaba en plena expansión y se ayudó a que no se perdiesen aviones de aquella incipiente aviación. Además Dalén registró y fabricó numerosos inventos. La marca AGA, de la que fue el alma, produjo radios, automóviles, televisores, equipos médicos... Nobel, después de dar la dinamita a la humanidad, inventó y fabricó... armas.



Tanto las linternas como los destelladores, tienen mayor o menor complejidad, según su uso.

Con respecto a  la válvula solar (Sun Valve). Es un artefacto, que mediante la dilatación de uno de los tubos de su interior, daba paso o no al gas. De esta forma, el faro o baliza, se encendía durante la niebla o la noche y se apagaban al salir el sol.

Un invento tan sencillo como eficaz sobre el que se darán más detalles en un futuro próximo. De momento, decir que, en este ejemplar, el tubo central es de cobre pulido, originalmente debía ir pintado de negro, para calentarse más con el sol. Recomendamos el artículo de "En la soledad del faro" .





Gustaf Dalén siguió trabajando a pesar de la ceguera, su empresa llegó hasta nuestros días superando malos tiempos, como la Gran Depresión, gracias a su carácter. Llevaba su lema en la solapa y lo regalaba a todo aquel cuya vista no alcanzaba más allá del infortunio.



LA VÁLVULA SOLAR

Si Pintsch alumbró el Canal de Suez, Dalén y AGA, pusieron las señales luminosas del Canal de Panamá:

Tal como se puede ver en estas imágenes de "Nuevo Mundo" 10 julio 1915. De hemeroteca propia, pero que se puede encontrar en la de la Biblioteca Nacional. En ese mismo artículo se habla de varios detalles sobre los equipos suministrados por AGA:

Como la válvula solar, donde se explica la sencillez del sistema, donde una barra a, pintada de negro, absorbe la luz y otras barras b, pulidas la reflejan. Por dilatación, la barra empuja y cierra la válvula durante el día y la deja abrir por la noche:

Gustaf Dalén, presenta en 1907 una serie de válvulas automáticas que se patentan en 1909. La primera de ellas, es el prototipo de la válvula solar. Prototipo, donde se ve que el esquema no es tan simple y cilindro que se dilata o contrae, está hueco y presenta un fleje interno para modificar el coeficiente de expansión, haciéndolo distinto del coeficiente de dilatación, propio de cada metal. Otras curiosidades constructivas, que todos los cilindros están rodeados de su propio cristal, además del cristal del conjunto. 

En 1910, Gustaf Dalén solicita la patente de una válvula solar basada en la diferencia de dilatación entre un cilindro pintado de negro humo y tres cilindros con su superficie altamente reflectante, todo encerrado dentro de un cristal protector.

La patente se concede en 1912. En ella, aparecen la mayor parte de los elementos que van a conformar el modelo que se usará durante décadas en faros y balizas de todo el Mundo. El cilindro central, el que ha de dilatarse y contraerse, presenta un muelle interior y un tornillo superior, ambos, permiten la modificación del coeficiente de expansión con respecto al coeficiente de dilatación (este último, propio de cada material). Las varillas pulidas, las que han de permanecer fijas, también incluyen tornillos para calibrarlas. El cilindro central, se encuentra dentro de un cristal protector y los otros tres, presentan una variante que incluye tubos de vidrio.

La regulación del cilindro central se puede seguir mediante una rueda numerada y un cursor que se encuentra sobre el tornillo superior. En el dibujo 33 y 29, respectivamente. En el ejemplar de la colección:

La placa graduada (32), se sujeta por los pilares nombrados como 40, en el dibujo de la patente. Este esquema se corresponde con el primer modelo de válvula que se construyó, aunque el más popular se asemeja al ejemplar que nos ocupa y que se puede ver en esta hoja de mantenimiento sacada de la entrada de Fyrwiki (Wiki sueca) Solventil:

Otros tres pilares soportan la pequeña cúpula y el anillo superior, ambos, límites del cristal exterior. En el presente ejemplar, rajado en la base:

En este ejemplar el cilindro central (20), ha perdido la pintura y se ve el cobre. Los tres cilindros 41, también son de cobre, pero aparecen con un color intensamente dorado; esto es debido a que están chapados en oro. En las primeras válvulas, se usaba oro para recubrir los cilindros reflectantes, con posterioridad cesó esta práctica. Los pilares 40, están también recubiertos, pero con una sustancia mas sensible a la corrosión, tal vez cromo. Lo mismo ocurre con las varillas de la estructura, que presentan un dorado menos intenso. Las placas superiores también presentan recubrimiento en parte de su superficie, probablemente cromo o niquel. 

Para evitar condensaciones, que pudieran empañar el cristal y corroer los metales del sistema interior, la válvula posee un sistema de ventilación. Por debajo, unas perforaciones provistas de rejillas:

En la parte superior, bajo el chapitel y resguardados por él, dos taladros completan la corriente de aire:

Esto se puede observar, más detalladamente, en el corte que se presenta en la entrada de Fyrwiki (Wiki sueca) Solventil;

CHANCE BROTHERS DE PETROLEO EVAPORADO

Esta baliza, es algo más grande que la anterior. En la foto se compara con la lámpara de bicicleta microphote, tal vez la más pequeña de la colección.

Está construida en cobre y latón. La lente fresnell, es de cristal de roca, en piezas sueltas.

En un principio, la iluminación sería de petroleo gasificado, un sistema similar a las lámparas de presión, tipo petromax.

El gas procedente del petroleo arderá en quemadores provistos de camisas o capillos. La incandescencia de estos elementos producirán una gran luminosidad.

En el caso de este ejemplar, es probable que se electrificase durante el periodo de servicio.

La electricidad requiere menos ventilación, por lo que las perforaciones de la base se taparon con piezas de latón. Parecen casquillos de cartuchos de caza. La ventilación se redujo al mínimo y se hizo pasar por una rejilla y un tubo de caucho.

Un casquillo de bayoneta de alta potencia.

AYUDAS ÓPTICAS

Los faros y las balizas podían alumbrarse mediante llamas de gas Pintsch, gas GLP acetileno, en llamas desnuda o con camisas de incandescencia; o de petroleo con camisas de incandescencia. En la actualidad funcionan con electricidad, pero, en todos los casos, la amplificación de la luz ha sido fundamental.

El observador solo recibirá el 3% de luz procedente de una fuente.

Si se utiliza un reflector parabólico, la luz recibida por el observador será de un 39% de la emitida por la fuente.

Si se utiliza una lente tipo fresnel, el observador podría recibir hasta el 80% de la luz emitida por la fuente. Por eso estas lentes se utilizan en faros, faros de coche, retroproyectores, semáforos, etc.

AGUSTíN FRESNEL

Este ingeniero francés, tuvo un aprendizaje lento, una vida no muy larga y menos reconocimiento del que, probablemente, merecía. Sin embargo, en 1819 fue nombrado comisionado de faros y para mejorar estas señales marítimas, diseñó las lentes que llevan su nombre.

LAS LENTES ESCALONADAS O LENTES FRESNEL

Fresnel, una autoridad en óptica, tomó una lente de gran volumen y utilizó solo la parte más útil. Con ello mejoraba la proyección de la luz, reducía el peso y diseñaba una lente más barata.

LAS LENTES FRENEL EN LAS LUCES DE NAVEGACIÓN

La luces de navegación suelen llevar lentes fresnel. Las más modernas de plástico, las clásicas de vidrio. El fin es conseguir que los rayos luminosos, que surgen de la fuente de luz, se coloquen paralelos y se proyecten , bien por refracción o por el efecto combinado de refracción y reflexión  (catadrióptico).