Generalidades
Todos los sistemas de iluminación por fibra óptica están configurados por los mismos elementos, sin importar la aplicación final de los mismos
- Iluminador
- Puerto óptico
- Arnés de fibras
- Terminales
Es el único elemento activo del sistema y en su forma más básica está constituido por una caja que contiene:
- una lámpara
- un reflector
- un equipo de alimentación
- un ventilador
- algunos elementos de protección, como:
- filtros anticalóricos,
- fusibles térmicos o lentes
Un iluminador es intrínsecamente un proyector interno, donde la luz de la lámpara L, por medio de un reflector R y, a veces con ayuda de ópticas o lentes, es focalizada en un punto situado perpendicularmente al eje del puerto o P, donde se colocarán las fibras.
Esta es la razón por la que la potencia inicial en lúmenes de la lámpara guarda poca relación con la que se inyecta en las fibras, ya que las pérdidas del reflector y de todo el sistema de proyección son considerables.
Diagrama de un Iluminador
La figura que proyecta la lámpara en la pantalla se denomina mancha y debido a las características de la lámpara, cuerpo del filamento o elemento de descarga, etc, no es homogénea.
Esto significa que la cantidad de luz presente en los diferentes puntos de la superficie de la pantalla varía considerablemente de punto a punto, razón por la que es prácticamente imposible que dos fibras, colocadas en diferentes puntos geométricos de una pantalla reciban la misma cantidad de luz.
Las diferencias de luz entre dos fibras cualquiera pueden ser considerables a no ser que se manipulen mediante un proceso llamado homogeneización que las fibras individuales de un conductor se entremezclan manualmente.
Naturalmente este proceso solamente es posible en conductores multifilamento.
Puerto optico
Los puertos ópticos son elementos mecánicos cuya función consiste en sujetar las fibras ópticas agrupadas y centradas en la pantalla de proyección del iluminador
Las características más salientes de un buen puerto óptico son faciidad de montaje y rigidez mecánica que asegure una fijación estable y geométricamente correcta, capaz de ajustarse a múltiples diámetros de fibras, dotado de elementos que protejan el colector común del arnés y susceptible de recoger las fibras sin adhesivos.
En cualquier sistema de iluminación por fibra óptica la calidad del puerto óptico es, posiblemente, el elemento más importante para el funcionamiento correcto y la duración del conjunto.
Es importante la especificación de los puertos ópticos adicionalmente al resto del sistema, detallando las características de estos ya que constituyen un elemento crítico.
Adicionalmente los puertos ópticos deben incorporar un elemento que proteja el arnés de los esfuerzos y tensiones laterales a que se somete el extremo colector durante la instalación, provocando que el encuentro mantenga un radio de curvaturamínimo que no dañe la geometría interior de las fibras.
Protector de Puerto optico
Otro elemento a considerar es la capacidad individual de cada puerto óptico concreto ya que esto es determinante a la hora de conocer el número de conductores ópticos que pueden ser alimentados por
cada iluminador.
Arnés de fibras y conductores óptico
Los términos arnés de fibras, arnés, mazo o conjunto se aplican indistintamente al conjunto de conductores ópticos, sin importar tipo o cantidad alimentados por un solo iluminador.
Las partes de un arnés se denominan
- colector común , donde se agrupan todas las fibras en extremo más próximo al iluminador
- finales de fibra a los extremos individuales de los conductores ópticos de cualquier tipo.
El colector común es el elemento más importante del arnés, ya que de su construcción depende el óptimo funcionamiento del conjunto.
El colector común es un bloque compacto de fibras, amalgamadas mediante aparatosde fusión ysusceptible de ser pulido con precisión óptica.
El colector común está sujeto a elevadas temperaturas y altos niveles de radiación por lo que cualquier elemento extraño, e incluso aire entre los intersticios de las fibras causa el sobrecalentamiento y fallo de la
estructura.
Los extremos individuales se rematan mediante elementos mecánicos de fijación o simplemente al corte, en el caso de conductores desnudos
Terminales
Los conductores ópticos pueden utilizarse perfectamente, en el caso de los conductores monofilamento, con los extremos individuales al corte o pulidos a 90º.
Sin embargo en la mayoría de los casos es necesario algún tipo de elemento mecánico para su firme sujeción al paramento, para su orientación o para la configuración del haz
La elección de los terminales o apliques depende de la funcionalidad del sistema, su ubicación, la del observador,y las condiciones ambientales o de uso.
I L U M I N A D O R E S
Estos elementos constituyen las únicas partes activas de la instalación y requieren criterios de ubicación, ventilación y accesibilidad concretos para la implantación y mantenimiento del sistema.
La especificación de estos equipos es particularmente complicada e imprecisa ya que no existen estándares de construcción o rendimiento a parte del consumo de los equipos expresado en W, y la referencia del tipo de lámpara utilizado, detalles que no guardan una relación directa con la cantidad de luz que se inyecta en las fibras.
En líneas generales existen dos grupos de iluminadores
de uso general en el mercado:
- Halógenos
- Descarga
Iluminadores Halógenos
Consisten en una lámpara halógena de potencia variable que puede incorporar equipo de alimentación,ventilación, sistema de efectos y elementos de protección según el uso final y ubicación del dispositivo.
Lamparas halógenas
Consisten en una lámpara halógena de potencia variable que puede incorporar equipo de alimentación,ventilación, sistema de efectos y elementos de protección según el uso final y ubicación del dispositivo.
Lamparas halógenas
Lámparas susceptibles de ser incorporadas en iluminadores
halógenosson todas aquellas provistas de reflector,de vidrio
o metálico, con potencias variables entre los 20 y los 250W.
o metálico, con potencias variables entre los 20 y los 250W.
Errores de foco
- Errores de foco debidos a la mala calidad de la lámpara.
Cualquier imperfección en la posición del bulbo en la lámpara llevanconsigo una desviación del haz con
referencia a la pantalla P en el colector común CC.
Esta desviación puede causar una disminución considerable de rendimiento, entre entredos equipos
aparentemente idénticos.
- Errores de foco debidos a un montaje deficiente del soporte.
La carencia de control de calidad en el montaje del soporte en el iluminador puede provocar asimismo pérdidasconsiderables de rendimiento, que sumadas a las anteriores pueden dar resultados
deplorables.
Estas son algunas de las razones por las que la especificación de un iluminador de 75, 150 o 250W, contra otro de igual potencia de lámpara no tiene sentido, (como no lo tendría asumir que dos coches que gasten 6L a los 100Km son iguales), si no se consideran prestaciones, precisión en el montaje y componentes utilizados.Iluminadores de descarga
Consisten en una lámpara de descarga, de potencia variable, con o sin reflector, e incorporando equipo de alimentación y elementos de protección como estándar, así como sistemas de efectos opcionales
Las configuraciones posibles son las mismas que en los iluminadores halógenos y las razones por las que se usan estas lámparas en aplicaciones donde se requiera potencia lumínica hay que buscarlas en el tipo de luz que produce cada tipo de lámpara.
Las fibras ópticas no transmiten todas las frecuencias con igual facilidad y en el caso de las fibras de PMMA los rojos tienen mayores dificultades para su transmisión en tanto que los azules viajan con menor impedimento.
Tipos de iluminadores de descarga
Dentro de los iluminadores de descarga se establecen dos categorías:
- Iluminadores equipados con lámparas reflectoras
- Iluminadores equipados con reflectores independientes de la lámpara
En términos generales la dificultad en la especificación de un sistema de fibra óptica reside en el iluminador y elpuerto óptico ya que la calidad de las fibras está tan estandarizada que es casi imposible, sin sofisticados instrumentos de laboratorio determinar cual, de entre los tres fabricantes de fibras de PMMA (Toray, Mitsubishi yAsahiChemical) ha fabricado una fibra en particular.
El mayor problema para el especificador reside en la lámpara utilizada y el sistema óptico de montaje de la misma, y los costos de mantenimiento posteriores.
Criterios de especificación y diseño
A la hora de diseñar un sistema de iluminación por fibra óptica los detalles críticos conciernen los iluminadores, ya que estos elementos precisan de acceso, ventilación y un estudiado emplazamiento para optimizar los costos y el funcionamiento del sistema.
Los detalles más importantes son:
- Ubicación
- Ventilación
- Accesibilidad
- Mantenimiento
Ubicación
La diferencia más saliente entre una instalación de iluminación eléctrica y otra por fibras ópticas reside en el hecho de que los conductores eléctricos permiten su empalme y derivación, en tanto que las fibras ópticas han de implantarse directamente desde el iluminador, individualmente hasta cada punto de luz.
A pesar de que el empalme y derivación de conductores ópticos es técnicamente posible, su dificultad y costo lo hace impráctico para su uso en instalaciones convencionales.
La regla de oro para la ubicación de un iluminador para minimizar los costos de adquisición del sistema es la elección del punto más céntrico para obtener el mínimo número de metros en los conductores
La regla de oro para la ubicación de un iluminador para minimizar los costos de adquisición del sistema es la elección del punto más céntrico para obtener el mínimo número de metros en los conductores.
Ejemplos:
Supongamos que un metro lineal de conductor óptico tiene un valor de 2 y un iluminador un valor de 100.
Pasillo de 20m de longitud, 19 conductores y 1 iluminador.
Total mL de conductor óptico: 200m
Pasillo de 20m de longitud, 19 conductores y 2 iluminadores.
Total mL de conductor óptico 110m
Aparte de las consideraciones de mantenimiento y la diferencia en iluminación en el ejemplo A, entre ésta y la alternativa D hay una diferencia de 690m de conductores. De hecho la instalación A tendría unas prestaciones muy inferiores con un costo cuatro veces mayor que la alternativa D.
Iluminación de vitrinas empotradas en pared vertical.
4 Vitrinas y 40 conductores.
En función del costo individual del iluminador, así como del metro lineal de conductor, con frecuencia un número mayor de iluminadores conlleva la reducción del costo de implantación total del sistema.
Ventilación
El tamaño físico del iluminador depende del modelo, tipo de lámpara utilizado y aplicación, no obstante todos tienen dos elementos comunes.
1. Precisan de una cuidadosa ventilación para evitar el sobrecalentamiento y fallo general del sistema.
2. Necesitan de espacio adicional para su conexión al puerto óptico y el mantenimiento.
La refrigeración de un sistema se rige por una serie de leyes físicas inalterables que determinan, en función del exceso de temperatura, la cantidad de refrigerante y la temperatura máxima de este en función de su caudal.
En un sistema de iluminación por fibras ópticas el punto que necesita de una refrigeración precisa es el colector común, o extremo donde están compactadas las fibras ópticas
En la ilustración anterior el refrigerante a 30ºC ha "recogido" 40ºC del exceso de temperatura de la pantalla, redirigiéndola hacia el escape. De esta forma se puede apreciar que es posible refrigerar cualquier sistema, siempre que se disponga de suficiente refrigerante a la temperatura adecuada.
La consecuencia de esta ley es que si elevamos la temperatura del refrigerante sin aumentar el caudal y velocidad del sistema este se calentará.Ya que la temperatura máxima admisible en la pantalla es de 80ºC y las lámparas funcionan a temperaturas superiores a los 300ºC es evidente que una cuidadosa refrigeración es imprescindible para evitar el desastre.
En función del tamaño del iluminador, tipo de lámpara y elemento ventilador, la necesidad y cantidad de refrigerante será una u otra. En términos generales un iluminador halógeno de hasta 100W precisa de 60m3/h y un iluminador de descarga entre 100 y 200m3/h de aire con una temperatura =30º.
Para la circulación de este caudal de aire es preciso que el iluminador disponga de espacio alrededor. Dicho espacio es mínimo y no puede ser compensado manipulando las distancias mínimas de cada cara del iluminador.
Esto se traduce en un volumen comprendido entre los 0,2 y 0,6m3 de espacio por iluminador, en un espacio que NUNCA puede ser cerrado.
El habitáculo donde se emplacen los iluminadores necesita de ventilación positiva, ya que de lo contrario se produce un corto circuito de aire que cancela la ventilación.
Estas instalaciones de aire forzado han de llevarse a cabo sin perder de vista la necesidad de que los iluminadores queden accesibles para el entretenimiento, reposición de lámparas y limpieza.
Accesibilidad
La manera más fácil y rápida de atender la limpieza y reposición de lámpara en los iluminadores consiste en desmontar el puerto óptico y la toma de corriente, para trasladar el equipo al taller de mantenimiento o lugar donde la manipulación pueda llevarse a cabo de manera desahogada. Es, por lo tanto, imprescindible que la ubicación de los iluminadores sea practicable y con un acceso de adecuadas dimensiones para la retirada del aparato.
Aunque el emplazamiento ideal será dictado por la geografía y distribución del edificio que albergue el sistema,existen una serie de espacios donde tradicionalmente se colocan los iluminadores.
SISTEMAS DE ILUMINACIÓN CRITERIOS DE DISEÑO
Juan Carlos Jiménez Cortés
