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Lente de Fresnel

Lente de Fresnel
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Elemento óptico, plano por una cara y con una serie de anillos concéntricos de sección triangular convexa por la otra.
Lentes de Fresnel. Elemento óptico, plano por una cara y con una serie de anillos concéntricos de sección triangular convexa por la otra.

Esta construcción es muy plana y ligera y refracta la luz tanto como lo haría una superficie convexa muy marcada. Proporciona iluminación uniforme, sin pérdidas por los bordes, aunque en las imágenes que forman son visibles los anillos y por eso se emplea sobre todo en focos y pantallas de enfoque.

Reseña histórica

En 1748, George Louis Leclerc (17071788), escritor y naturalista francés, sugirió que las lentes podrían tener su peso sensiblemente disminuyendo su superficie esférica sin disminuir su potencia.

La idea fue llevada a la práctica por el físico francés Augustin Fresnel (1788-1827) que antes la necesidad de construir una gran lente para un faro con una apropiada longitud focal, pero incapaz de soportar el gran peso de una lente doble convexa de ese tamaño, razonó que sería la curvatura de la superficie lo que le daría la potencia de enfoque. Entonces, reprodujo la curvatura de la superficie de la lente gruesa en secciones, manteniendo la misma longitud focal con una sola fracción del peso.

Características

Las lentes de Fresnel son vidrios tallados o también plásticos fabricados de la misma forma cuya misión es hacer que los rayos de luz se comporten al atravesarlas como cuando atraviesan lentes plano convexas:

  • Los rayos de luz que llegan paralelos al eje óptico tienden a concentrarse en un punto o foco (se focalizan).
  • Los rayos que salen del foco atraviesan la lente y salen paralelos en un tubo de luz, es decir, colimados.

Se utilizan como lentes que forman imágenes con poca calidad en dos aplicaciones básicas: Situaciones en que los diámetros son tan grandes que las lentes serían muy pesadas y caras: en los proyectores de transparencias, o en los faros.

Situaciones en que se precisan muchas lentes diferentes en un mismo lugar a muy bajo precio. El ejemplo más sencillo son esos aparatos que "detectan" la presencia de movimiento, que están en algunos locales y que son unos plásticos semicirculares de color grisáceo: dentro llevan fabricadas lentes de Fresnel para focalizar la luz proveniente de muchos lugares diferentes en un detector interno.

Intensidad del lente

Intensidad del lente de fresnel

La intensidad de lente (potencia) en dioptrías, se define como el inverso de la longitud focal en metros, que lo consiguió rebajándola con cortes de la lente en anillos circulares concéntricos consecutivos.

La longitud focal principal de una lente, se determina por el índice de refracción del vidrio, por el radio de la curvatura de la superficie, y por el medio en el cual reside la lente.

Se puede calcular de la fórmula de lens-maker para lentes finas.

Aplicaciones

Lente de Fresnel en el cine

Las lentes de Fresnel se han diseñado para aplicaciones de iluminación en televisión, cine y teatro ya sea para su aplicación en focos "spot" (luz concentrada) o focos "flood" (luz formando un abanico de 60o). La lente de Fresnel debe tener forma convexa a fin de acercar la lámpara el máximo posible a la lente.

Para aplicaciones en las que se producen cargas térmicas muy altas se utilizan lentes de Fresnel especiales, endurecidas. Las características de la luz permanecen invariables: suave, uniforme y difuminada en los bordes.

Se han desarrollado lentes de Fresnel con distancias focales cortas que proporcionan una iluminación uniforme y altamente eficiente. Modificando la distancia entre la lámpara y la lente se puede utilizar el foco tanto para situaciones de "spot" como de "flood".

Cocinas solares

En las cocinas solares con reflectores parabólicos o lentes fresnel no es necesario el uso de una caja aislada pues la temperatura en el foco sobrepasa los 600 oC. Esta temperatura es demasiado alta para ser manejada con facilidad, por lo que si la vasija de cocción se sitúa fuera del foco, aumentará la superficie de caldeo al mismo tiempo que la temperatura será más baja.

Este tipo de cocinas necesitan ser reorientadas con frecuencia para que la luz incida en la olla y no se desperdicie energía.

Iluminación interior

Dependiendo de la distancia entre el lugar que se quiere iluminar y la cubierta de un edificio se puede introducir luz natural, sin transferencia de calor. Una cúpula transparente en el tejado, equipada con un reflector o lentes Fresnel, capta la luz natural (del sol), la cual se transporta después al interior a través de un tubo súper reflectante. La luz puede transportarse, sin reducir su intensidad, hasta 6 metros.

De este modo, puede salvarse sin ningún problema una planta para introducir la luz natural en un piso inferior. La luz natural se difunde en el cuarto mediante un plafón, colocado en el extremo inferior del tubo.

Es un sistema de luz natural con grandes ventajas si se compara con los sistemas de luz natural convencionales como pueden ser claraboyas y ventanas de tejado y mucho más económica que las demás claraboyas, gracias a su montaje rápido y sencillo.

Desventajas

Dispersión en la unión de los anillos del lente

La calidad óptica no es suficiente para obtener buenas imágenes debido a la dispersión en las uniones entre los segmentos curvos, dando lugar en el plano de la imagen a unos anillos de luz.

Fuentes