*Actualizado - Agosto 2012
Hola a todos una vez más, hoy os traigo una entrada especial al más puro estilo bricomanía. Se trata de construir un telescopio refractor con tubos de PVC, algo que llevo queriendo hacer hace mucho tiempo y que por fin me puse a ello este pasado mes. La idea surgió a raíz de un video realizado por Carlos Tapia (su web: www.carlostapia.es), socio de la asociación astronómica Astro Henares y estudiante de física de mi misma universidad (Univ. Complutense de Madrid). Me puse en contacto con él y me ayudó a materializar el interesante proyecto, aparte me dejó usar su idea para elaborar este post. Gracias por todo.
El video en cuestión es el que sigue, y sobre él hice mi telescopio, que fue ligeramente diferente debido a la dificultad para encontrar algunas de las piezas usadas, por lo que hubo que usar un plan b.
Pues bien, lo primero de todo y lo más recomendable es conseguir las lentes y una vez se tengan, dedicarse a buscar los tubos de PVC en los que encajen perfectamente dichas lentes. Básicamente lo que se necesitaría son dos lentes de potencia positiva (convergentes), una de focal alta (como 350 mm que es la que usamos) para el objetivo y otra de focal corta (18 mm en nuestro caso) para el ocular, que aumente la imagen. Son el tipo de lentes que usan las lupas por ejemplo. En el caso de que tuvieran diferentes focales habría que adecuar la longitud de los tubos a dichas focales, luego lo iremos viendo.
Pero en mi caso, como quise hacer las cosas bien, pedí las lentes a una empresa dedicada a la fabricación de lentes ópticas con un diámetro y una distancia focal exacta, asegurándome también así el tener una calidad óptica muy decente (y así lo pude comprobar en el resultado final). Esta decisión hace que se encarezca un poco el precio (no demasiado, luego lo detallaremos) pero te garantiza conseguir un instrumento óptico muy competente a pesar de estar hecho a mano completamente.
Digo ésto porque puedes conseguir las lentes de una lupa, unos prismáticos viejos, en alguna universidad, en ópticas de confianza… pero de esta forma puedes tener alguna dificultad ya que puede que las lentes presenten alguna tara, no tengan las características que nos interesan o que no puedas conseguir lentes de una potencia tan alta (como por ejemplo en las ópticas, que es raro que te faciliten lentes de más de 20 dioptrías, ya que trabajan con lentes oftálmicas, o sea para corregir defectos visuales).
Bueno pongámonos manos a la obra, os contaré paso a paso el proceso de fabricación del instrumento, con datos, imágenes y todo tipo de explicaciones para que el que se anime a hacer el telescopio no desista en el intento. Os dejo una imagen con el resultado final:
Como dije antes, lo primero fue conseguir las lentes, y para ello decidí hacerlo a través de una empresa seria del sector óptico, la cual me suministró las lentes en el plazo de una semana, contando el ingreso del dinero, la formalización del pedido, etc. El envío en sí sólo tarda 24 horas.
*Por cierto, si algún lector quiere datos sobre diversas empresas del sector o algún tipo de información comercial (sólo España) puede usar los comentarios para así ponerme en contacto inmediatamente de forma privada.
Las lentes a pedir fueron:
- Doblete acromático convergente de 350 mm de distancia focal (+2.85 D) y diámetro 40 mm.
- Dos lentes convergentes de 18 mm de distancia focal (+55,5 D) y diámetro 25 mm.
Doblete acromático
Lentes convergentes para el ocular
El precio del conjunto fue de 50€ (sin IVA), algo más caro ya que para mejorar en calidad óptica opté por usar un doblete acrómatico como usó Carlos en su telescopio, así como 2 lentes para el ocular. El doblete neutraliza la molesta aberración cromática y el uso de 2 lentes en el ocular nos permite diseñar un ocular Ramsden. Este tipo de ocular consiste en enfrentar ambas lentes por su cara convexa (ver esquema), y nos da ciertas mejoras como un mayor campo aparente y real, además de estar mejor corregido de aberraciones. También neutraliza parte de la aberración cromática de aumento.
Diseño de ocular Ramsden
Si quisiéramos abaratar costes, podemos usar un par de lentes esféricas normales con los mismos parámetros ópticos que los mencionados arriba, una en el objetivo y otra en el ocular. El resultado sería el mismo pero con menor calidad óptica.
*Recomendaciones: asegurarse de indicar a la empresa que sea exacta a la hora de suministrar las lentes con las medidas solicitadas, ya que en mi caso me hicieron las lentes del ocular con diámetro 25 mm cuando les pedí expresamente 20 mm. Este contratiempo obliga a cambiar el diseño del instrumento.
Una vez que tenemos las lentes en nuestro poder, recomiendo medir el diámetro de cada una de ellas para no llevarse sorpresas a la hora de montar el telescopio. Manipular las lentes con cuidado, por favor.
Hecho ésto, hay que dedicarse a recopilar todas y cada una de las piezas y tubos de PVC que necesitamos. A priori parece fácil pero he de reconocer que me dio algún quebradero de cabeza, ya que a veces es difícil conseguir ciertas piezas y hay que optar por otros diseños, como fue el caso. También algunos establecimientos te ponen pegas para venderte menos de un metro de tubo de PVC, por lo que hay que buscar algún establecimiento que te corte los tubos a la medida que se quiera y ya luego en casa con una pequeña sierra ir afinando. Recomiendo la visita a una tienda de fontanería seria. A mi me regalaron todas las piezas y tubos, pero su precio (incluyendo el pegamento) ronda los 5€.Vemos en la foto todas las piezas usadas que iremos detallando a continuación, intentando pararme en todas las dudas que yo tuve. Para ensamblar mejor unas piezas con otras recomiendo ver, las veces que haga falta, el video inicial.
La primera pieza es un empalme para tuberías de PVC de 40 mm de diámetro, una pieza muy fácil de encontrar. En ella irá la lente del objetivo, la cual quedará sujeta gracias al tubo de 40 mm de diámetro de PVC, tal y como vemos en el esquema de abajo. Aquí no se uso pegamento para sellar ambas piezas ya que quedaban fuertemente unidas. Las medidas de los tubos de acuerdo a las distancias focales las veremos al final del post.
Empalme para tuberías PVC - 40 mm diámetro
Celda del objetivo
Una vez acoplado el tubo al empalme, en el otro extremo ha de ir un reductor cónico. Esta pieza me costó algo más conseguirla dada la amplia variedad de medidas existentes, por lo que al no encontrar la exacta, opté por usar una que me ofrecieron en la tienda y que vi que podía servir: un reductor cónico 63-50-32, aunque lo suyo sería un 50-40-32 si tienes donde adquirirlo. Carlos por ejemplo en su diseño usa 2 reductores cónicos, que no logré encontrar. Nuestro modelo sólo empleará un reductor cónico.
Reductor cónico 63-50-32
Y bien… dirás: ¿qué son esos tres números? Pues a menos que seas fontanero no creo que lo sepas, por lo que es interesante saber que indican, ya que es muy útil a la hora de unir unas piezas con otras.
Con un esquema lo entenderemos mejor:
Medidas de un reductor cónico
El 63 hace referencia a la letra D, el 50 a la letra e y el 32 a la letra d. Dicho esto, es fácil suponer que el tubo de 40 mm que tenemos no va a encajar en la parte ancha del reductor, ya que esta mide 50 mm. Pues para ello se usó un casquillo reductor 50-40, el cual puede introducirse en el reductor cónico y a su vez permite que encaje el tubo de 40 mm perfectamente y con fuerza suficiente para permitir su agarre, por lo que no hizo falta usar pegamento para sellar esta unión.
Luego en el otro extremo del reductor cónico, el de menor diámetro (32 mm) hay que colocar un casquillo reductor 32-25 para que podamos encajar un tubo de 25 mm que es el que irá al ocular que alberga las lentes de 25 mm de diámetro. Aquí debemos detenernos ya que es importante hacer un poco de bricolaje con el reductor de 32-25 para permitir que el tubo de 25 mm se mueva libremente y permita así que podamos enfocar por desplazamiento. Lo que tenemos que hacer es, como vemos en la foto de abajo, quitar el tope del reductor de forma que tengamos un pequeño tubo de igual diámetro en toda su extensión. Con un poco de paciencia y alguna buena herramienta no nos será difícil ir desgastando el plástico poco a poco. Es conveniente ser delicado a la hora de ultimar la pieza para que el reductor deje pasar al tubo completamente pero ofrezca algo de resistencia y así no tenga excesiva holgura.
Lo siguiente que vamos a explicar es la celda del ocular, es decir, donde irán alojadas las 2 lentes que forman el ocular Ramsden. Para ello se usa otro casquillo reductor como el de antes, un 32-25. Este alojará perfectamente a las dos lentes de 25 mm de diámetro y permitirá que el tubo de PVC 25 mm las mantenga fijas. El otro extremo del tubo de 25 mm se introduce en el reductor cónico (por el casquillo modificado). Hay que recordar que para que sea un ocular de diseño Ramsden las lentes han de ir enfrentadas por su cara convexa (ver esquema).
Celda de ocular Ramsden
*Tanto el reductor 32-25 como el 50-40 son muy comunes y fáciles de conseguir.
Especial cuidado hay que tener al montar el ocular debido a que al usar 2 lentes, el espacio restante que queda para el tubo es muy pequeño, por lo que queda suelto y se corre el riesgo de que se salgan las lentes, las cuales se pueden romper ya que son muy delicadas. Para solucionarlo, se pegan con pegamento especial para PVC ambas piezas a la vez que se presiona el tubo sobre las lentes y se reviste el borde con otra capa de pegamento, tal y como vemos en la foto:
El resultado es perfecto y tanto el ocular como las lentes quedan fijos en su posición. Aun así se recomienda no tocar el ocular a la hora de manipular el instrumento o a la hora de enfocar. También hay que tener cuidado al aplicar el pegamento para que se evite el contacto con las lentes.
Por último vamos a ver que distancia ha de medir el tubo de 40 mm y el de 25 mm, para que así el sistema óptico esté perfectamente diseñado. Para ello hay que tener en cuenta esta expresión:
La suma de las focales de ambas lentes es igual a la distancia entre ellas, siendo ésto así cuando el telescopio está enfocado a infinito, teóricamente. Por tanto en nuestro caso la distancia entre lentes sería 368 mm (350+18). El resto es fácil… se trata de que los dos tubos sumen 368 mm, encontrándose uno con el otro en el reductor cónico. El tubo de mayor diámetro, por estética, tiene mayor longitud que el de menor diámetro. En este caso fue 211 mm y 157 mm respectivamente. El tubo de menor diámetro ha de estar en posición media para los 368 mm, así tendremos recorrido suficiente para poder aumentar o reducir la distancia a la hora de enfocar.
Hechos todos los pasos anteriores, ya tendríamos nuestro instrumento listo para usarse y poder observar algunos de los cuerpos celestes que nos rodean con una muy aceptable calidad. Está claro que tiene mejor calidad un telescopio hecho profesionalmente, pero no da la satisfacción de hacértelo tu mismo y así aprender un poco como funciona un telescopio refractor, ópticamente hablando.
Os dejo un esquema básico del trazado de rayos de un telescopio como el que hemos montado:
Con respecto al montaje, nada más, espero haberme explicado correctamente y que alguno se anime a hacerlo algún día, ya sea por interés propio, por querer disponer de un telescopio con el que iniciarse en el mundo de la observación astronómica o como un posible regalo, como hice yo. Si surge alguna duda con la parte óptica o con las piezas de PVC, no dudes en ponerte en contacto conmigo a ver que podemos hacer. Si necesitáis saber donde comprar las lentes o piezas, como dije antes, ya nos pondremos de acuerdo para hablarlo. Usad los comentarios.
Últimamente mucha gente que visita el post me pregunta como se puede saber la distancia focal y la potencia de una lente, así como que significan exactamente dichos términos. Por ello, para despejar estas dudas, me voy a permitir incluir una infografía hecha exclusivamente para el post con la que sabremos, con un sencillo experimento, que es y como se mide la distancia focal de una lente convergente (o positiva). Si queréis ser más exactos podéis ir a una óptica donde os la pueden medir sin problemas. Os dejo las imágenes y os voy contando:
Para máxima calidad haz click en el gráfico
Es sencillo, sólo nos hace falta una regla o metro y salir al exterior en un día soleado. Como vemos en la infografía, los rayos del sol que proceden de infinito llegan a la lente y ésta hace converger los rayos en un punto, llamado foco (de ahí que se denomine lente convergente). Para obtener el punto lo más nítido posible (quizá no sea redondo del todo debido a aberraciones, etc) hemos de acercar o alejar la lente al suelo hasta dar con él. Una vez tengamos el punto enfocado, medimos la distancia desde el centro de la lente hasta dicho punto y esa será la distancia focal. Si hacemos la inversa de ésta, obtendremos la potencia, que se mide en dioptrías. ¡Pon atención a las unidades! Si mides la distancia en centímetros, la potencia sería 100/distancia focal (cm), y si mides en metros: 1/distancia focal (m).
Experimento para medir la distancia focal (17 cm en este caso)
Vamos a acabar con una serie de recomendaciones y una tabla con algunos parámetros ópticos de este instrumento en concreto. Todos ellos los explicaremos más detenidamente en la siguiente entrada sobre instrumentación óptica que hablará sobre los telescopios.
Recomendaciones:
- El instrumento es muy frágil, así como sus componentes ópticos, por lo que conviene tratarlo con cuidado y advertir a los demás de ello.
- No tocar el ocular en la medida de lo posible, ya que como he comentado es la parte más delicada del instrumento. No tocar las lentes del ocular con las manos, y tener delicadeza a la hora de limpiarlas (no empujarlas).
- Manipular las lentes con sumo cuidado al realizar el montaje, usando guantes especiales o gamuzas para evitar ensuciarlas o dañarlas.
- Al cortar los tubos de PVC, hacerlo con cortes rectos y empleando para ello una pequeña sierra para plástico.
- Lijar los extremos de ambos tubos de PVC. Ésto es muy importante ya que han de quedar perfectamente pulidos, de lo contrario se notará mucho al usar el instrumento y la observación se tornará desagradable.
- Una vez cortados y lijados los tubos, es conveniente limpiarlos con agua y secarlos a continuación, por dentro y por fuera. Así eliminaremos virutas de plástico.
- Para pegar las piezas entre sí, se lija un poco la superficie del tubo, se le aplica algo de alcohol, y una vez seco, se aplica el pegamento especial PVC (podemos usar un pincel para esparcirlo) y se unen ambas piezas. Eliminar el pegamento sobrante.
- Ser paciente y tener tacto a la hora de enfocar, ya que el sistema de enfoque es manual (y rudimentario en comparación con un telescopio profesional) y no conviene realizar movimientos bruscos. Una buena forma de desplazar el tubo con suavidad es realizando movimientos circulares a la vez que se va introduciendo o sacando.
Características/parámetros ópticos:
- Relación focal (luminosidad relativa): f/8.75 *El instrumento posee una luminosidad media (entre f/6 y f/10)
- Aumentos: 19X (imagen invertida)
- Poder de resolución límite teórico: 2.87” (límite de Dawes)
- Pupila de salida: 2.06 mm *La pupila de entrada sería el objetivo, por tanto su valor es 40 mm.
- Magnitud límite: 10.7
- Captación de luz (para pupila de 7 cm): 40^2/7^2=33 veces mejor que el ojo humano.
- Relieve ocular (eye relief): entre 2-3 cm *El relieve ocular es la distancia que hay que separar el ojo del ocular para ver la imagen perfectamente. Por tanto no hay que pegar el ojo al ocular, evitando así ensuciar las lentes y el llamado "efecto ojo de cerradura", como si miraras a través de un tubo.
Otros diseños:
En el poco tiempo que lleva el post publicado, ha sido uno de los más activos y que mayor interés ha generado entre los visitantes del blog. Es por ello que ya he ayudado a varias personas a realizar su telescopio y una vez que lo han acabado, algunos me han enviado una foto de su instrumento. Iré colgando algunas aquí. Si quieres que el tuyo esté en el post, no dudes en mandarme una foto.Para empezar os dejo el telescopio de Lucas Scarlatte, un chico de Uruguay, con un diseño totalmente distinto al mío, ¡le ha quedado de lujo y muy original! Además ante la imposibilidad de encontrar una lente muy potente para el ocular, usó una lupa comercial de 8 aumentos cuya potencia suele ser decente para obtener buen aumento, aunque no tanto como las del modelo propuesto en el post.
Lupa comercial de 8 aumentos para el ocular
Fuentes/agradecimientos:
Material docente de la asignatura Instrumentos Ópticos y Optométricos (Grado en Óptica y Optometría)
http://www.telefonica.net/web2/astronum/astronum/telesco/telesco.htm
www.carlostapia.es
www.astrohenares.org
http://www.ignacioceballos.com (Infografía)
Protagua: proyectos y técnicas del agua (www.protagua.com)
Juan Carlos – Estudiante Óptica y Optometría UCM.