Hoy, para darles un toque polícromo a vuestras vidas, os traemos un tema muy amplio, curioso, y que observamos a diario sin darnos cuenta de ello muchas veces: el maravilloso mundo del color.

Hay que decir que este tema surge a raíz de mi última [...]]]> ¡Buenas tardes, queridos lectores!

Hoy, para darles un toque polícromo a vuestras vidas, os traemos un tema muy amplio, curioso, y que observamos a diario sin darnos cuenta de ello muchas veces: el maravilloso mundo del color.

Hay que decir que este tema surge a raíz de mi última adquisición tecnológica, un monitor Samsung LED de 27 pulgadas (concretamente el modelo S27A550H, cuya información podéis encontrar en este enlace). Buscaba un monitor grande, no de gama alta, pero lo suficientemente bueno para poder jugar en condiciones a mis amados videojuegos. Partiendo de la base de que no soy ningún entendido en la materia, sí que he querido realizar una correcta configuración del color de mi pantalla para obtener los mejores resultados posibles y, así, he aprendido un poco más sobre todo lo relativo al color. Por tanto lo que aquí os presentamos es sólo un resumen en el que comentaré una serie de términos muy utilizados cuando trabajamos con colores, que conviene que conozcáis si queréis comprender mejor aspectos más avanzados del tema. Os recomiendo que, para obtener una información más profunda y detallada sobre el tema, visitéis el blog dZoom, del que hemos sacado la mayor parte de información para realizar este artículo.

Así, para empezar, si os encontráis en mi situación y queréis configurar correctamente vuestra pantalla, lo primero que tendréis que aprender es qué es la calibración de color, y qué es perfilar el color. El motivo de toda esta complejidad a la hora de “simplemente mostrar imágenes por pantalla” es que los monitores no pueden ofrecer toda la gama de colores que nuestro ojo puede ver, sino que sus posibilidades están acotadas a un determinado espacio de color fruto de su propia tecnología. Lo que nosotros entendemos por rojo, verde, azul y blanco, no es entendido del mismo modo por todos los monitores. Cada uno tiene su propia respuesta, con sus matices particulares, por lo que si queremos asegurarnos de que estamos viendo (por ejemplo) una fotografía con los mismos colores con que el fotógrafo la captó en su día y decidió guardarla, tendremos que preparar nuestro monitor para ello.

Ejemplo típico de pantalla de calibración

Por tanto, para comenzar a tener buenos resultados, nuestra primera misión será calibrar el monitor. Esto es, ajustar correctamente la luminancia del blanco (su intensidad), el tono del blanco (su temperatura, que trataremos más adelante), el nivel del negro (su profundidad) y la compensación gamma (una curva que trata de neutralizar el efecto del monitor compensando algunos factores, también la trataremos con más detalle posteriormente). Una vez calibrados los valores, podremos comenzar a perfilar el monitor, o sea, configurar la gama de colores que mostrará el monitor, y cómo compondrá dichos colores a partir de los básicos. Al proceso de calibrado y perfilado se le conoce como ajuste del monitor, y es lo que os desglosamos en los siguientes párrafos, mediante la definición de sus principales factores.

Como comentamos, el monitor no puede trabajar con todos los posibles colores existentes en la naturaleza, al igual que nuestro ojo no puede apreciar todas las posibles longitudes de onda de la luz (no podemos ver en ultravioleta e infrarrojos, sólo en el llamado espectro visible). Su abanico de posibilidades está limitado a un conjunto más o menos extenso de colores, conocido como espacio de color, que no es más que una región de un mapa de color… ¿queda más claro así? No hasta que expliquemos qué es un mapa de color, pero no os preocupéis, porque este extraño término hace referencia simplemente a una representación gráfica en forma de ejes en la que podemos ubicar todos los colores (en teoría), y definir un color a través de sus coordenadas en los citados ejes. El mapa de color más conocido es el CIE XYZ (que cumple algunas características curiosas, como que el color blanco se encuentra en las coordenadas 0.333, 0.333, o que los colores complementarios están unidos por una línea imaginaria que atraviesa el blanco). Pues bien, si de este mapa de color nos quedamos con una región específica, estaremos trabajando con un espacio de color. Los espacios de color pueden ser dependientes del dispositivo (o sea, son los que el monitor o impresora o escáner o chisme en general puede manejar, interpretar, ofrecer…) o independientes del dispositivo (que son los estándares fijados por la industria de una u otra forma, para poder tomarlos como referencia a la hora de caracterizar dispositivos). Los espacios de color independientes más conocidos son el sRGB, el Adobe RGB y el ProPhoto RGB (RGB deriva de las iniciales de red, green y blue, o rojo, verde y azul en inglés). Los espacios de color dependientes del dispositivo son los que configuran su gama de colores posibles, y se les suele conocer como “gamut”. Normalmente el espacio de color dependiente se suele expresar como un porcentaje de un espacio de color independiente, por ejemplo podemos decir que un monitor cuyo espacio de color represente el 95% del espacio Adobe RGB es un monitor de gama alta, y bastante caro (en torno a los 1.000 €). Si conocemos el espacio de color que utiliza nuestro monitor, podremos conocer los colores primarios (rojo, verde y azul) que maneja, que vendrán dados por su tono, brillo y saturación, cambiando de una pantalla a otra.

Espacios de color

Conocidos los posibles colores que puede representar nuestra pantalla, ¿cómo le indicamos qué color es cual? O sea, necesitamos saber qué valor enviar al monitor para que pinte el color del mapa que ocupe las coordenadas X, Y que queramos (que no tiene por qué ser lo que observaremos por pantalla, ya que eso vendrá a su vez afectado por otros factores que veremos, sino que simplemente es lo que nos gustaría que el monitor entienda que queremos que muestre). Pues bien, para ello se suelen usar los perfiles de color, que son ficheros .icc o .icm con información para describir la respuesta de color de un dispositivo, traduciendo para un programa los valores que él entiende a los valores que entiende el monitor.

Otro factor (nombrado anteriormente) con el que jugamos a la hora de establecer los colores lo más cercanos a la realidad posible con nuestro monitor (o con nuestra cámara de fotos) es la temperatura de color. Esta característica nos sirve para definir correctamente el blanco, o lo que nuestro dispositivo debe interpretar como blanco, y se mide en grados Kelvin, como si de una temperatura se tratase. Su importancia radica en que, a lo largo del día, la luz que observamos va cambiando. Determinadas tonalidades del espectro de luz predominan sobre las demás, tiñendo los rayos a su alrededor y afectando a la imagen percibida. Esta alteración se traduce en un desplazamiento en el espectro de color hacia el rojo o hacia el azul. La luz perfecta diurna se sitúa en 5.500 K, y su valor va cambiando según las condiciones atmosféricas, la hora del día, o dependiendo de la existencia de otras fuentes de luz.

Temperatura color

Las cámaras de fotos digitales suelen incorporar una función llamada “balance de blancos”, que compensa la forma en que la cámara capta la luz, ajustando los niveles de los colores básicos para obtener resultados lo más parecidos al original posibles. El funcionamiento de las cámaras permite seleccionar unas condiciones predefinidas (día nublado, luz de bombilla, fluorescente, soleado, etc.), o bien utilizar un modo de balance automático, que suele ser menos preciso que los modos predefinidos. Dicho modo automático funciona tomando como blanco la zona más brillante de la imagen, y como negro la zona más oscura, de forma que calibra el resto de colores en función a esos valores, tratando de compensar los efectos indeseados de la iluminación. También podemos realizar un balance manual de blancos, sin más que enfocar con nuestra cámara a un objeto de color blanco como un folio, de forma que lo que para nosotros (porque sabemos que es blanco) será un objeto blanco, lo será también para la cámara, con lo que el resto de colores se parecerán más a lo que deberían ser si no existiesen efectos de iluminación añadidos. Hay otros métodos que muchos aficionados a la fotografía utilizan para realizar un balance de blancos manual, como el Expodisc (un accesorio para la cámara fotográfica que puede resultar algo caro si sólo estamos iniciándonos) o la cartulina de tonos de grises. Pero también hay otros métodos caseros más rudimentarios y que a menudo dan buen resultado, como utilizar una tapa de un bote de Pringles de las antiguas (que eran menos transparentes que las de hoy en día), o bien un filtro de café. Si enfocamos a través de estos objetos, la lente recibirá una información lumínica que le permitirá compensar correctamente los diferentes colores, para que después al realizar la fotografía sin el objeto delante podamos obtener resultados de mayor calidad.

Diferentes balances de blancos para distintas temperaturas

Continuando con los parámetros más importantes a tratar, y sin que el orden tenga que ver con su importancia, hablaremos sobre la gamma, que ya hemos nombrado anteriormente. La gamma es un factor de compensación que forma parte de una ecuación cuya curva trata de neutralizar la respuesta no lineal que el monitor introduce a la imagen que queremos mostrar en él, en lo que a luminosidad se refiere. Y es que en las pantallas la luminosidad no depende linealmente del voltaje, sino que sirve una curva exponencial. Ello hace que cuando queremos mostrar un valor de luminosidad media por pantalla, no tengamos que enviar un voltaje medio a la misma, sino más alto. De no corregir este comportamiento, tendríamos que las imágenes que observamos son más oscuras de lo que en realidad deberían ser. Al contrarrestar este comportamiento con la curva de compensación gamma, logramos una relación más lineal entre la entrada y la salida. Los fabricantes incorporan su propia curva gamma a los dispositivos, cuya ecuación exponencial puede resumirse como:

Luminosidad=voltaje^G

con un valor G=2.2 habitualmente. Hay quien dice que no debería ser necesario utilizar compensación con los nuevos monitores con conexiones digitales, ya que la información permanece incorrupta desde el ordenador a la pantalla, pero lo cierto es que ajustar el gamma puede producir muy diferentes efectos en lo que observamos, y de hecho suele usarse a menudo en juegos para conseguir una ambientación adecuada al género del que se trate.  La compensación de la gamma suele dejar el valor final (o sea, el resultante de la gamma original del monitor y la gamma de corrección) en aproximadamente G=1.14, pero esto no siempre es así, ya que para una determinada entrada, la salida no siempre puede definirse linealmente (y no hablamos ya sólo de luminosidad, sino de todos los factores que afectan a cómo se ve un pixel en pantalla). La respuesta del monitor presenta irregularidades que hacen que sea necesario aplicar una nueva curva de corrección para obtener una graduación más fina de los colores. A esta curva se le denomina curva de ajuste, y su información se almacena bien en una tabla LUT (Look-Up Table) en la tarjeta gráfica o bien en el monitor (si dispone de LUT). La tabla LUT presenta una serie de equivalencias entre los valores que se desean mostrar y los que hay que enviar al monitor para que los muestre. Cuantos más bits tenga la tabla LUT, más precisión permitirá mostrar en los resultados (no es raro encontrar tablas de 8 ó 10 bits).

Cuadro correspondencias de Gamma. El cuadro que mejor se confunda con el fondo nos da una aproximación del gamma de nuestro monitor.

Siguiendo la línea de lo comentado hasta ahora a la hora de realizar la calibración del monitor, hay otros dos aspectos que requerirán nuestra atención: el ajuste del punto blanco y el ajuste del punto negro. Para comprenderlos, debemos definir algunos términos:

• Por una parte, hay que conocer qué es la luminosidad o luminancia del blanco. Se mide en cd/m² (donde cd es la abreviatura de candelas), y nos informa de la intensidad que toma el monitor para representar el color blanco. Nos interesará que sea un valor lo más bajo posible (en monitores de buena calidad, estará entre 60 y 90 cd/m², y en pantallas de portátiles de calidad puede superar 115 cd/m²).
• Por otra parte, también aquí influye la temperatura de color. Normalmente resulta que para obtener un blanco lo más neutro posible, tendremos que elegir temperaturas tirando a frías. Se suele utilizar a menudo el valor de 6.500 K para obtener buenos resultados.
• Además, también es muy importante la luminosidad del negro, que se mide en las mismas unidades que la del blanco, y que de nuevo nos interesa que sea el menor valor posible (menores de 0’5 cd/m² si es posible). Esta magnitud cambia enormemente dependiendo de la tecnología con que esté hecho nuestro monitor (CRT, TFT, LED…).

Asociado a estos conceptos de luminosidad, está el archiconocido contraste. El contraste se define como la relación entre la luminosidad del blanco y la del negro. Nos interesa un monitor que tenga un gran contraste, pero no a costa de conseguir una gran luminosidad del blanco (que puede llegar a dañor nuestros ojos tras un uso prolongado), sino gracias a tener negros muy poco luminosos y blancos lo suficientemente bajos para obtener buenos resultados. Volviendo al ejemplo del monitor que he adquirido, presenta un brillo según sus especificaciones de 300 cd/m², lo cual le deja totalmente fuera de la gama de monitores profesionales, porque utiliza demasiada luminosidad del blanco para obtener una buena relación de contraste.

Merece la pena comentar que, más allá de usar nuestro “ojo clínico” para tratar de encontrar los mejores valores de los parámetros que hemos comentado hasta ahora, hay una serie de ayudas técnicas y determinados dispositivos que facilitan esta tarea (y que sin duda tendremos que usar si queremos lograr resultados cuasi-profesionales, por ejemplo si nos dedicamos a la fotografía). Se trata de los colorímetros, que son herramientas capaces de identificar el color y el matiz para realizar mediciones objetivas de los mismos y así poder configurar nuestro monitor de manera óptima. Normalmente consisten en un pequeño dispositivo (del tamaño del ratón) que se sitúa pegado a la pantalla para captar el color que ésta emite, y en ocasiones también cuentan con una especie de chasis que se coloca en torno al monitor para aislarlo lumínicamente del entorno. Así, realizando diferentes pruebas, el colorímetro y su software asociado pueden saber, para un determinado estímulo, qué salida está ofreciendo el monitor, de forma que caracteriza con gran precisión sus parámetros. Sería algo así como: “Dime lo que muestras cuando te digo que muestres esto, y te diré cómo eres”.

Colorimetro

Si calibramos y perfilamos nuestro monitor, identificamos su espacio de color, conseguimos un perfil de color adecuado para el programa que estemos usando, ajustamos correctamente su temperatura de color, configuramos adecuadamente su gamma, su curva de ajuste, su punto blanco y su punto negro, ajustamos su luminosidad y su contraste (quizá con la ayuda de un colorímetro), y trabajamos con imágenes con un balance de blancos adecuado, podremos disfrutar de una imagen que no podrá compararse con las que nos ofrecen las pantallas que no han pasado por este proceso. Puede resultar complicado, largo o engorroso, pero en realidad cuando nos familiarizamos con estos conceptos veremos que todo está relacionado, y que un poco de tiempo invertido en dichos ajustes nos proporcionará una experiencia de usuario mucho más rica y, lo más importante, ¡nos permitirá poder ver Átomos y Bits en todo su esplendor!  :)

¡Hasta pronto!

Espero que estéis aprovechando bien el puente (los que lo tengáis, para los que no al menos hay un par de días libres) para recargar las pilas. Y, ya que sacáis el tema, hablemos de pilas, de combustible concretamente. Seguro que muchos de vosotros habréis escuchado hablar [...]]]> Hola de nuevo queridos lectores,

Espero que estéis aprovechando bien el puente (los que lo tengáis, para los que no al menos hay un par de días libres) para recargar las pilas. Y, ya que sacáis el tema, hablemos de pilas, de combustible concretamente. Seguro que muchos de vosotros habréis escuchado hablar de las pilas de combustible, esas que van a cambiar determinados aspectos de nuestra vida. Hoy vamos a intentar ver cómo es su funcionamiento básico.

Una pila de combustible es un conjunto de células o celdas de combustible que sirven para transformar energía química en eléctrica. En este aspecto se parecen bastante a las baterías comunes aunque, a diferencia de éstas, están diseñadas para permitir el reabastecimiento continuo de los reactivos consumidos. Las baterías contienen dentro de sí mismas todos los elementos necesarios para producir electricidad. Pero estos elementos se agotan, por lo que, una vez ocurre esto, la batería deja de producir electricidad y debemos cambiarla por otra nueva. Las pilas de combustible, sin embargo, obtienen su combustible de forma externa, por lo que podrán funcionar continuamente siempre que se pueda garantizar el flujo de sus elementos químicos.

Célula de combustible

Pero… ¿y cómo genera electricidad una pila de combustible? Pues bien, hay varios tipos de células de combustible, según para el uso que esté ideada (transporte, industrial,…). Nosotros vamos a centrarnos en la llamada PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell) o simplemente PEM, que se cree que será la utilizada definitivamente en los vehículos.

Como me gustaría que todos pudiésemos entender su funcionamiento voy a intentar explicar, aunque de forma muy superficial, determinados detalles que para otros pueden ser muy básicos y obvios. Espero no aburriros demasiado.

La idea básica consiste en descomponer átomos de Hidrógeno y Oxígeno en iones. Estos iones son átomos cargados eléctricamente (recordemos que todos los átomos, en principio, tienen carga eléctrica neutra), bien por haberles añadido electrones, o bien por habérselos quitado. Veámoslo un poco más en detalle.

Funcionamiento de una célula de combustible

En la imagen podemos ver un esquema básico de célula de combustible PEM. En ella, se inyecta Hidrógeno por la parte del ánodo (borne negativo de la pila), que se hace entrar en contacto con un catalizador (que es un material que favorece una determinada reacción química) provocando la división de los átomos de Hidrógeno. El Hidrógeno es un gas diatómico, es decir, que está formado por dos átomos del mismo elemento (H₂). El resultado de la catálisis será dos iones de Hidrógeno (H⁺) y dos electrones (e^-). Los electrones serán conducidos por el ánodo hacia un circuito externo, generando una corriente eléctrica (que puede, por ejemplo, hacer funcionar un motor), mientras que los iones de Hidrógeno llegarán al electrolito (la membrana de intercambio de protones, o PEM) que tan sólo permite el paso de partículas cargadas positivamente, atravesándolo.

En el otro extremo del electrolito ocurre algo similar con las moléculas de oxígeno. Éste se inyecta por la parte del cátodo (borne positivo de la pila) y, como también es un gas diatómico (O₂), como resultado de la catálisis se obtienen dos átomos de Oxígeno con una fuerte carga negativa. Como el electrolito sólo pueden atravesarlo partículas cargadas positivamente, los átomos de oxígeno se acumulan en su borde. En él cada átomo de oxígeno se combinará con dos iones de Hidrógeno provenientes del ánodo y los electrones que vuelven del circuito externo, dando como resultado una molécula de agua (H₂O).

Como vemos, a partir del Hidrógeno se obtiene una corriente eléctrica y, como residuo, simple vapor de agua. Esta reacción en una sola célula produce una tensión de 0,7 voltios. Para conseguir voltajes mayores lo que se hace es combinar muchas celdas obteniendo, así, una “pila” de células que será, en sí, la pila de combustible. Los tamaños actuales de celdas permiten obtener pilas de combustible del tamaño de una maleta que pueden hacer funcionar un coche.

Una de las desventajas de las pilas de combustible que utilizan hidrógeno es que, a pesar de ser éste el elemento más extendido del universo, no se puede recolectar libremente del entorno (o al menos aquí en la Tierra). Por ello debe ser generado, lo que resulta caro, y posteriormente almacenarse y distribuirse, que resulta difícil. El Hidrógeno no se almacena en estado gaseoso, sino líquido a muy alta presión, por lo que no podremos mantenerlo en un depósito tal y cómo lo hacemos con la gasolina.

También existen otros dispositivos, los llamados reformadores, que sirven para convertir hidrocarburos o alcohol en hidrógeno, que será usado por la pila de combustible. Con ellos se podría usar gas natural, metanol, propano… El metanol es un combustible líquido similar a la gasolina, por lo que podría almacenarse en un tanque. Sin embargo, estos reformadores producen mucho calor y otros gases además de hidrógeno (entre ellos CO₂, aunque en menor medida que con la gasolina), que además no es del todo puro, con lo que la eficiencia disminuye considerablemente. Además, la inclusión de estos dispositivos incrementa los costes y necesidades de mantenimiento.

Una de las mayores ventajas del uso de pilas de combustible es su mayor eficiencia. En los motores de gasolina se pierde una grandísima parte de energía en forma de calor, estimándose su eficiencia en un 20%. Es decir, tan sólo un 20% de la energía contenida en la gasolina se convierte en trabajo mecánico. ¡No queráis traducirlo a dinero, sabiendo el precio de la gasolina! En los motores eléctricos (en su conjunto batería-motor), sin embargo, la eficiencia estimada es del 72%, y si consideramos además el proceso de generación de la energía eléctrica almacenada (la central eléctrica), es del 65% (estimaciones obtenidas de aquí). Esta última estimación también es válida para vehículos eléctricos con pilas de combustible.

Honda FCX Clarity

Vemos, pues, que las pilas de combustible nos proporcionan un método mejor, más limpio y eficiente para almacenar la energía del futuro. Y los motores eléctricos son mucho más silenciosos. ¿Os imagináis cómo estaría la Gran Vía de Madrid? Pues sí, llena de gente, como ahora, pero con menos ruido de tráfico y polución. Sin embargo, no penséis que ésta es una idea completamente nueva y novedosa, el proyecto Apolo que llevó al hombre a La Luna, ya utilizó pilas de combustible. Aunque actualmente no se comercializa en serie ningún coche con ellas, sí que hay un fabricante, Honda, que ofrece su modelo FCX Clarity en leasing (por 600$ al mes).

Si todavía os quedan ganas de saber más o no he aclarado vuestras dudas, os dejo un vídeo en el que lo explican muy muy bien, aunque, eso sí, en inglés. Pero tranquilos, las imágenes no necesitan traducción.

Aceleremos, pues, que el futuro nos aguarda… pero, eso sí, olvidémonos de la gasolina. !Hasta pronto!

Hoy quisiera hablaros de Eureka, y no me refiero a la mítica frase atribuida al matemático griego Arquímedes, del que ya hemos hablado en otra ocasión. En realidad me refiero a la serie de Syfy (personalmente prefería Sci-Fi) con el mismo nombre.

Antes de comenzar [...]]]> Buenas de nuevo amigos,

Hoy quisiera hablaros de Eureka, y no me refiero a la mítica frase atribuida al matemático griego Arquímedes, del que ya hemos hablado en otra ocasión. En realidad me refiero a la serie de Syfy (personalmente prefería Sci-Fi) con el mismo nombre.

Antes de comenzar me gustaría aclarar que aunque la idea básica de la serie me parece curiosa y entretenida, la realidad es que, desde el punto de vista científico, los argumentos que en ella se dan no son más que una sarta de barbaridades y patadas a la ciencia que sólo podrían tener lugar en un universo paralelo ideado para guionistas perezosos que buscan soluciones fáciles. A su lado, la serie Fringe (que también me gusta bastante) parece ciencia empírica.

Eureka

A pesar de ello la veo, sí lo sé, no me juzguéis. Recordad que una serie científicamente incoherente no tiene por qué ser sinónimo de aburrida, aunque la verdad es que creo que darle un marco de realidad sólo podría mejorarla. Es el eterno debate, la ciencia-ficción por definición incluye cosas que no son reales (sino ficción) pero no debemos olvidarnos de la ciencia, señores. Sin un marco de referencia adecuado el contexto de la historia se pierde. En las series, por lo general y si nadie nos dice lo contrario, damos por hecho que la naturaleza es la misma que en nuestro universo y por lo tanto las leyes físicas son las mismas. Para justificar la parte de ficción se pueden utilizar varios métodos, incluyendo tomarse ciertas licencias que dejan colgando con pinzas algunos argumentos. Pero, como en todas las cosas, debe saberse dónde poner los límites. Desde mi punto de vista, tanto mejor será el argumento cuanto mejor se represente la realidad y más ingeniosa sea la “excusa” para explicar la ficción.

Pero bueno, no era en este punto dónde quería centrar el artículo que nos ocupa, que puede ser algo controvertido, centrémonos.

Recientemente he visto el capítulo 7 de la 3 temporada en el que una niña prodigio (como todos en Eureka) de 9 años, y para un trabajo del instituto, crea un segundo sol en el cielo sobre la ciudad (a unos 300 metros de altura, si no recuerdo mal). A lo largo del capítulo se dicen bastantes barbaridades relacionadas con este tema y otras que no lo están directamente. Voy a intentar ver algunas de ellas, aunque espero que eso no haga este artículo demasiado extenso.

Podría hablar de lo que ellos llaman “radiación variogénica” (¿mande?), o de la “hidratación por nanotecnología”, o de “esculpir nubes hidrogénicamente”, o incluso de que, a pesar de que tienen la más alta tecnología jamás concebida, incluyendo hologramas, tan sólo disponen de las simples y actuales (ya casi anticuadas hasta para nosotros) ecografías en 2D. Sin embargo, me voy a intentar centrar en el tema del sol, que ya sabéis que es un tema que me gusta bastante (ya hemos hablado de las estrellas en algún artículo anterior, hablando de la miniserie Impact).

En el capítulo se comenta que el nuevo sol tiene las propiedades de una estrella enana principal y no se sabe cuál es su fuente de energía. Mmm… A ver, a ver… Las estrellas enanas sí que existen, aunque el tema del tamaño es bastante relativo (tan tan pequeña nunca podría llegar a formarse), pero eso de “principal” imagino que hace referencia a que es una estrella perteneciente a la denominada “secuencia principal”, que es una región del diagrama de Hertzsprung-Russell. Éste es una catalogación de las estrellas en función de su magnitud absoluta y su temperatura superficial, y la secuencia principal representa la región de este diagrama en la que se encuentran la mayor parte de las estrellas. Esto también debería darnos bastantes más datos, pues las estrellas más pequeñas de la secuencia principal son las de tipo espectral M5, que tienen una masa de 0,12 veces la de nuestro sol y una temperatura de 3.200 K. Es decir, que para que fuese una de ellas debería tener un radio de 83.500 km, con lo que nos engulliría y abrasaría, claro. Pero bueno, también puede ser que ese “principal” se refiera a otra cosa que no se me haya ocurrido.

Diagrama de Hertzsprung-Russell

También se dice de la estrella que no se sabe cuál es su fuente de alimentación. En fin, una estrella no es como una tostadora que puedes enchufar a tu antojo. Una estrella no necesita fuente de alimentación pues, por definición, si ya es una estrella ya se han iniciado los procesos de fusión que generarán su energía. Otra cuestión aparte sería cómo se las ingenió la niña para conseguir que comenzase ese proceso. Pues también hay respuesta para ello, según la propia niña el proceso “es muy sencillo, tan sólo se necesita un generador gravitacional rodeado por plasma reactivo”, lo que quiera que eso signifique. Lo que sucedió para que se les fuera de las manos fue que hubo un error en el cálculo de la densidad del plasma… Ehhh…. (si alguno no lo habéis leído aún y queréis saber qué es eso del plasma, podéis leer un poco más acerca de ello en el artículo agregando estados a los estados agregados de la materia). Vaaale, vaaaale, ya sé que sólo es ficción, así que continuemos.

Tampoco puedo dejar de comentar lo poco exagerados que son los guionistas de la serie cuando en un momento determinado uno de los personajes utiliza un portátil para desbloquear una cerradura (típico), con una capacidad de procesamiento de, nada más y nada menos, que 20 zettahercios. A algunos puede que esto no les diga nada, así que analicémoslo brevemente. Nuestros ordenadores actuales tienen una capacidad de procesamiento de varios gigahercios, y aunque probablemente dentro de algunos años si releo esto me ría de mí mismo, creo que son bastante potentes (aunque en realidad la potencia siempre será relativa a lo que se quiere conseguir). Esos hercios (Hz) nos indican la capacidad de procesamiento de nuestros microprocesadores o, dicho de otra manera, la frecuencia de su reloj. Mi ordenador actual es de 3,5 Ghz, que son 3,5×10⁹ o  unos 3.500.000.000 ciclos por segundo. El portátil de nuestro protagonista dispone de 20 Zhz, es decir 20×10²¹, o lo que es lo mismo 20.000.000.000.000.000.000.000 Hz, apenas nada. No digo que no sea posible, sólo que quizás hayan exagerado un poquito.

Volviendo al tema de la estrella, más adelante vemos como “evoluciona a supergigante”. Según dicen esto provocará una explosión muy grande, “habrá una supernova, una explosión más grande que la de Hiroshima y Eureka se convertirá en un cráter muy grande”. Pues bien, es cierto que uno de los posibles finales de una estrella es una supernova, pero la comparativa de las explosiones quizá no sea la más adecuada.

La bomba atómica lanzada sobre Hiroshima, bautizada como Little Boy, tenía un potencia explosiva de unos 13 kilotones, es decir 5,5×10¹³ J. La bomba atómica más potente jamás detonada por el hombre, fue la denominada Bomba del Zar, con una potencia de unos 50 Megatones, o lo que es lo mismo, 2,1×10¹⁷ J, unas 4.000 veces más potente que Little Boy. La potencia de una supernova dependerá de cada caso, pero se puede hacer una estimación sobre los 10⁴⁴ J, es decir, 10²⁷ veces más potente que la Bomba del Zar, 10³¹ veces más potente que Little Boy. Eso es 10 quintillones de veces más potente que la de Hiroshima!!!

Como decía, creo que no han tenido muy en cuenta la escala, pero bueno, también es cierto que tan sólo comentan que sería una explosión mayor que la de Hiroshima, en ningún momento hablan de proporciones ni magnitudes. En realidad no importa el tamaño de la estrella, si realmente pudiera ser posible que se convirtiera en una supernova, no creo que Eureka se convirtiera en un cráter pues dudo mucho que se mantuviera en pie algún trozo de La Tierra sobre el que formar ese cráter.

Bomba del Zar

Cambiando un poco de tema, hablemos sobre cómo pretenden destruir la estrella: “si pudiéramos acercarnos y lanzar un módulo con una concentración de átomos de hierro al núcleo el sol implosionaría”. No se me ocurre ninguna explicación razonable para la relación entre la concentración de átomos de hierro y la destrucción de la estrella, y mucho menos por qué produciría una implosión, pero se me ocurre que no han tenido en cuenta las implicaciones que eso tendría. Una implosión real se consigue detonando explosivos en la superficie de un objeto de manera que la onda expansiva se mueva hacia adentro, comprimiéndolo. Pero esta compresión no es ilimitada, finalmente se alcanza un estado de alta densidad. La estrella no desaparecería, el problema seguiría allí, o aún peor, porque si todo esto fuera posible comprimir en exceso la estrella podría aumentar su densidad hasta formar una singularidad, un agujero negro.

Incluso teniendo en cuenta que toda la masa de la estrella pudiera desaparecer por la implosión, desintegrándose de alguna manera, su equivalente de energía debería distribuirse por la atmósfera en su lugar, por aquello de que la energía no se crea ni se destruye (Principio de conservación de la energía), lo que a su vez originaría graves problemas climáticos y medioambientales.

Y ya, por último, también me gustaría comentar otro pequeño detalle que me llamó la atención. En los minutos finales, estando a punto de convertirse en una supernova, la estrella emite tanto calor que las ruedas del coche en el que se desplazan el sheriff Carter y Zane Donovan se derriten y deben continuar el camino a pie. Bueno, lo primero es que en realidad las estrellas cuando se convierten en gigantes rojas se enfrían, no se calientan más, por lo que esto no sería posible. Y por otra parte, me resulta curioso que los neumáticos de un vehículo se derritiesen en dicha situación. Los neumáticos, al estar formados por distintos compuestos, no tienen un punto de fusión como tal, sino que se considera la temperatura a partir de la cual se vuelve maleable, que está en torno a los 160 o 170 ºC. Me cuesta pensar que se alcanzase dicha temperatura para que se derritieran los neumáticos del coche patrulla, sobre todo porque es lo único que parece estar afectado. Bueno, eso y que las superficies metálicas están calientes (¡pero es que eso ya ocurre en mi terraza durante el verano sin necesidad de un segundo sol!).

En fin, la verdad es que cada capítulo de la serie es un completo desafío a la realidad. Refiriéndonos a Eureka sí que podemos decir sin temor a equivocarnos: “cualquier parecido con la realidad es pura coincidencia”.

Volvemos una vez más con un tema que tratamos a diario sin que muchos de nosotros lleguemos a darnos siquiera cuenta de ello. Se trata de la frecuencia, presente en prácticamente todos los aspectos de nuestra vida cotidiana, pero invisible para nuestra mente habituada a trabajar [...]]]> ¡Hola de nuevo, queridos lectores!

Volvemos una vez más con un tema que tratamos a diario sin que muchos de nosotros lleguemos a darnos siquiera cuenta de ello. Se trata de la frecuencia, presente en prácticamente todos los aspectos de nuestra vida cotidiana, pero invisible para nuestra mente habituada a trabajar en el dominio del tiempo.

En realidad, la frecuencia en sí misma es un tema tan inmensamente amplio, que no podríamos cubrirlo entero ni en un año de posts, así que esto será simplemente una serie de pinceladas, que ayudarán a los menos iniciados en el tema a comprender un poco mejor este concepto.

La frecuencia es una magnitud que mide el número de repeticiones de un determinado fenómeno o suceso periódico. Con esta descripción tan amplia, no es de extrañar que tenga aplicaciones en numerosísimos campos de nuestra vida. Su unidad es el hercio, en honor a Heinrich Rudolf Hertz . Un hercio no es más que una repetición de un evento periódico en un segundo. Dicho de otra forma, 1 Hz = 1/s. Por tanto sus unidades nos indican una relación inversa al tiempo.

Podemos encontrar frecuencia en cualquier evento que se repita. Por ejemplo, el número de ciclos por segundo con que es capaz de operar el microprocesador de un ordenador, o el reloj de nuestra tarjeta gráfica, o las vibraciones que producen un determinado sonido, o las ondas implicadas en una comunicación entre un emisor de radio y nuestra radio de toda la vida… Si consiguierais leer 5 artículos de Átomos y Bits por segundo, estaríais leyendo artículos con una frecuencia de 5 hercios. Como veis, muchas cosas son susceptibles de explicarse en términos de frecuencia. El espectro de frecuencias está dividido en una serie de bandas, cada una de las cuales presenta unas determinadas características a la hora de ser utilizadas para telecomunicaciones.

Bandas de frecuencia. Fuente: Wikipedia

Hay varios conceptos importantes relacionados directamente con la frecuencia. Uno de ellos muy utilizado en todo lo relacionado con señales, es el período de una señal. El período (normalmente expresado como “T”) no es más que el tiempo que transcurre entre una repetición del evento y la siguiente. Se calcula como el inverso de la frecuencia (T=1/f). Las señales de variación más lenta tendrán un período mayor que las de variación más rápida, o sea, a mayor frecuencia menor período, y viceversa.

Otra idea que es básica en todo lo relacionado con la frecuencia, es la longitud de onda, magnitud inversamente proporcional a la frecuencia, en al que interviene también la velocidad de la propia onda (habitualmente suele aproximarse por la velocidad de la luz en el vacío), según la siguiente igualdad:

Esta magnitud nos dice cuánto espacio mide un período de la señal, una repetición. Dicho de otra forma, nos dice el espacio que hay entre dos puntos en los que, al pasar la onda por ellos, produciría una amplitud similar (en módulo y fase) del campo electromagnético. Para que nos hagamos una idea, una onda de 2 mHz (milihercios) tiene una longitud de onda aproximadamente igual a la distancia entre la Tierra y el Sol. Esto tiene sus implicaciones: en telecomunicaciones existen ciertas limitaciones a la hora de transmitir en onda larga, y es que las antenas deben guardar una cierta proporción con respecto a la longitud de onda en que se está trabajando. A menudo, suelen medir λ/4 (aunque la Torre de Radio de Varsovia tenía una longitud de λ/2), pero por efecto espejo con la tierra, equivale a tener una antena de altura λ/4 hacia el cielo, y otra simétrica de “profundidad” λ/4 hacia el suelo, por tanto es una longitud total de λ/2. Evidentemente, si se desea trabajar en esa banda de frecuencias tan bajas, existen ciertos límites ya que no podemos construir antenas de una altura exagerada por todos los problemas que dicha construcción implicaría.

Antena Marconi típica de onda corta. Fuente: http://freeradionova.com/

Bien, llegados a este punto ya tenemos una idea un poco más clara de en qué consiste la frecuencia. Pero, ¿por qué se utiliza tanto cuando hay que trabajar con ondas? ¿No sería más sencillo expresarlo todo en función del tiempo? Puede parecer que sí, pero en realidad trabajar con frecuencias tiene sus ventajas. Para empezar, poder “mover” las señales de una frecuencia a otra, montando una señal de una cierta frecuencia en otra de una frecuencia superior, es una de las claves del progreso tecnológico que experimentamos hoy en día. Consiste en que una onda (la portadora) varíe alguno de sus parámetros (su amplitud, su frecuencia…) en función de las variaciones de otra onda (la moduladora), que es la información que queremos transmitir. Seguramente conoceréis este uso de la frecuencia con el nombre de modulación. Esta técnica permite aprovechar mucho mejor el canal de comunicaciones, hacerlo más resistente frente al ruido, y poder enviar más información simultáneamente a través del mismo canal. Existen un gran número de tipos de modulaciones posibles: AM (modulación en amplitud), FM (modulación en frecuencia), PM (modulación en fase), DSB (en doble banda lateral), QAM (amplitud en cuadratura), etc., cada una con sus ventajas y sus inconvenientes.

Onda de baja frecuencia (portadora, las dos de abajo) puede modularse en amplitud (AM, varía la amplitud) o en frecuencia (FM, varía la frecuencia). (Fuente: Wikipedia)

Vale, ya hemos visto que podemos expresar la información de las ondas en función de la frecuencia (teóricamente, cualquier onda por extraña que sea puede ser expresada como una suma de infinitas ondas a diferentes frecuencias), pero ¿cómo se realiza este paso de ondas en el dominio del tiempo a ondas en el dominio de la frecuencia? Gracias a una herramienta muy útil: la Transformada de Fourier, que puede ser expresada de forma general mediante la siguiente ecuación:

Trabajando con transformadas, podemos operar con relativa facilidad dos señales, además de poder observar sus características espectrales con mucha comodidad (por ejemplo para ver en qué parte del espectro de frecuencias se concentra la mayor parte de su potencia). Por ejemplo, si trabajamos con la clásica señal “seno” o “coseno”, sus transformadas de Fourier no son más que dos picos (o deltas) de energía, uno en la frecuencia +w y otro en la frecuencia simétrica -w. Son muy numerosas las características propias de las operaciones con señales y con sus transformadas que hacen interesante el uso de esta herramienta (por ejemplo, las transformadas de la multiplicación de dos señales, o de la convolución de dos señales), pero su estudio se escapa del alcance de este post, aunque os invitamos a que les echéis un vistazo si el tema os resulta interesante.

Para terminar, os comentaré que trabajar con cada rango del espectro tiene sus ventajas e inconvenientes, y por ello las comunicaciones se dan en unas u otras frecuencias dependiendo de los requisitos que se quieran cumplir. Así, por ejemplo, trabajar en Onda Corta nos permite cubrir largas distancias, ya que la onda rebota a diferentes alturas (a mayor frecuencia mayor altura), pudiendo hacerlo incluso en la ionosfera, y llegando así a puntos con los que el emisor no tiene línea de visión directa. Dentro de esta banda, hay sub-bandas más adecuadas para transmitir de noche o transmitir de día. Si se trabaja a mayores frecuencias, la absorción causada por obstáculos, nubes, etc., tiene mayor efeto en la comunicación, con lo que las pérdidas aumentan. Cada rango de frecuencias presenta unas determinadas características de atenuación intrínseca y de pérdidas, que determinan el uso que se puede hacer de ellas.

Los gases y vapores atmosféricos también introducen atenuación en los radioenlaces de alta frecuencia. Fuente: www.radioptica.com

En fin, queridos lectores, con este tema abrimos todo un abanico de otros posibles temas a tratar, como son los radioenlaces, las interferencias, las comunicaciones por satélite, las comunicaciones móviles, etc. Esperamos que os haya resultado interesante, y que si bien es sólo introductorio, os permita tener una idea mejor de qué se esconde detrás de una palabra tan frecuente como frecuencia. ¡Hasta pronto!

Hoy me gustaría hablaros de Fórmula 1, aprovechando la polémica que se ha montado alrededor de los dichosos “escapes soplados” o, mejor llamados, “difusores soplados”. Y es que puede que algunos de vosotros os preguntéis, ¿qué narices es eso de los difusores soplados? Pues bueno, vamos [...]]]> Hola de nuevo queridos lectores,

Hoy me gustaría hablaros de Fórmula 1, aprovechando la polémica que se ha montado alrededor de los dichosos “escapes soplados” o, mejor llamados, “difusores soplados”. Y es que puede que algunos de vosotros os preguntéis, ¿qué narices es eso de los difusores soplados? Pues bueno, vamos a ver si podemos aclararlo un poco.

Para empezar, debemos hablar acerca del difusor. El difusor de un fórmula 1 es una pieza del monoplaza que se encarga de generar agarre de forma aerodinámica. Este agarre, o carga aerodinámica, es muy importante en un f1 pues son coches muy ligeros. Cuanto mayor sea el agarre (grip en inglés) menos energía se desperdiciará por fricción entre los neumáticos y el asfalto y, por lo tanto, habrá una mayor transmisión de la energía del motor, lo que se traduce en una mayor aceleración. Pero… ¿A mayor agarre no se generará a la vez una mayor resistencia al avance? Correcto. Al aumentar el agarre del coche estaremos disminuyendo su velocidad punta. Normalmente habrá que estudiar cada circuito para encontrar la configuración adecuada entre carga aerodinámica y velocidad (entre otros parámetros). Si el circuito dispone de muchas curvas rápidas una mayor carga aerodinámica facilitará el paso por curva, ganando tiempo. En las curvas lentas esto afecta poco, pues los efectos aerodinámicos sólo son apreciables a velocidades medias o altas.

Difusor Brawn GP y Difusor McLaren MP4-18

¿Y cómo genera agarre el difusor? Pues valiéndose del Efecto Venturi. Este efecto, que también veremos más adelante cuando hablemos de aviación, consiste, básicamente, en que al aumentar la velocidad a la que circula un fluido (en este caso el aire) en un espacio cerrado se produce una disminución de su presión. En un F1 se introduce aire por la parte frontal del monoplaza, redirigiéndolo por unos conductos debajo del coche hacia el difusor, ubicado en la parte trasera. Mediante el difusor variamos la velocidad del aire provocando una disminución de su presión. La diferencia entre la presión del aire que circula por encima del coche (mayor presión) y la que sale a través del difusor (menor presión) genera una fuerza hacia el suelo que “succiona” el coche hacia el asfalto y produce ese agarre que comentábamos anteriormente.

Hasta aquí no hay nada nuevo, este es el funcionamiento de un difusor de f1, que es completamente legal y lleva usándose desde 1981 cuando lo introdujo Lotus. Anteriormente incluso se había utilizado alguna turbina para generar este efecto de forma activa, pero fue prohibido.

Efecto Venturi

Y así llegamos a los famosos difusores soplados. La idea de estos es forzar el paso de una corriente de aire por los difusores incluso a bajas velocidades. Como hemos visto el uso del difusor es mucho más notorio a altas velocidades, ya que es cuando mayor es la diferencia de presiones y, por tanto, cuando más agarre se genera. Sin embargo, a bajas velocidades el monoplaza no puede beneficiarse de este efecto ya que la corriente de aire es muy pequeña.  Por ello, alguien se le ocurrió la idea de situar el escape del motor (sí, sí, el tubo de escape) en la parte frontal del coche de forma que esos gases fueran redirigidos hacia el difusor para ser expulsados bien por dentro, o bien por fuera del propio difusor, pues según el caso esto puede aumentar su eficacia (recordad que su efecto se basa en la diferencia de presiones).

Sin embargo, a pesar de sus ventajas el difusor soplado introducía un nuevo problema, y es que el flujo de aire generado está relacionado con la presión sobre el pedal acelerador. Esto significa que el agarre varía en función de si se está pisando o no el acelerador, lo que modifica completamente la maniobrabilidad del vehículo, complicándola notablemente.

Intentando disminuir este incómodo efecto, dentro de los difusores soplados podemos distinguir entre dos tipos, el soplado frío y el soplado caliente. Veamos la diferencia entre ambos, pero antes, un brevísimo resumen del funcionamiento de un motor de combustión interna de cuatro tiempos.

Como muchos ya sabéis, en un motor de combustión común (incluido el de un F1) existen cuatro tiempos o fases: admisión, compresión, explosión (o expansión) y escape. La idea básica es la siguiente:

-          En la fase de admisión se abre la válvula de admisión que permite la entrada de la mezcla de aire y combustible.

-          En la fase de compresión se cierran las dos válvulas (admisión y escape) y la mezcla se comprime.

-          En la fase de explosión se produce el máximo en la compresión y a la vez, la bujía genera una chispa que explota la mezcla, impulsando el pistón de nuevo hacia abajo. Esta es la fase en la que el motor genera potencia.

-          En la fase de escape se abre la válvula de escape dejando salir los gases provocados por la explosión.

Motor de combustión interna de cuatro tiempos

Pues bien, el soplado frío consiste en que, al soltar el acelerador, se abre la admisión del motor pero no se inyecta combustible, dejando pasar el 75% de los gases que se expulsan con el acelerador a fondo. De esta forma el motor no genera potencia (deseable si no se está presionando el acelerador, ¿verdad?) y a la vez el monoplaza se beneficia de un mayor flujo de aire y, por lo tanto, un mayor agarre.

Otra técnica es el soplado caliente que consiste en que, al soltar el acelerador, vuelve a abrirse la admisión del motor, pero esta vez sí que se inyecta combustible. Dado que tampoco se desea generar potencia, se retrasa el encendido, haciendo que la bujía genere la chispa un poco más tarde, en la fase de escape, no transmitiendo potencia y produciendo un mayor flujo de gases a la salida y, de nuevo, un mayor agarre.  Esta técnica es más delicada que la anterior, ya que aumenta mucho la temperatura de las válvulas y algunos otros elementos, por lo que al final se traduce en una menor fiabilidad del motor. Además de todo esto, como podréis deducir, se produce un aumento del consumo de combustible.

Estos sistemas no se están usando continuamente, sino que se permite su modificación mediante el uso de mapas de motor, que controlan electrónicamente el funcionamiento de las válvulas de admisión, escape, bujías…  de forma que podamos adaptar el motor del monoplaza a cada situación (mayor potencia, ahorro de combustible, menor temperatura del motor…)

Los que hayáis escuchado las noticias deportivas recientemente habréis escuchado que, para el GP de Valencia de 2011 se había decidido permitir tan sólo un 10% hasta 12.000 rpm o un 20% hasta 18.000 rpm. Esto no es más que el grado de apertura permitido para la admisión del motor con el acelerador levantado (tanto para soplado frío como caliente). Hacer modificar estos valores a última hora puede influir en la fiabilidad de los coches, o eso alegaron algunas escuderías, y por lo tanto finalmente se permitió un 50%.

Un coche de F1 está definido por todos sus parámetros de configuración y el más mínimo cambio afecta a su comportamiento. Por ejemplo el Red Bull RB6 con difusor soplado tiene el escape en el fondo del monoplaza, haciendo necesaria un tipo de suspensión muy concreta para evitar el calentamiento en determinadas piezas de fibra de carbono. Por otra parte, Red Bull también le ha sacado partido al cambio en la posición de los escapes, ya que parte de sus gases van a los neumáticos traseros, acelerando su calentamiento y mejorando, por tanto, su rendimiento.

El problema, desde mi punto de vista, está en que se intentan evitar estos cambios a última hora, alterando por completo el funcionamiento del monoplaza y sin dejar margen a los ingenieros para recurrir a otras opciones. Esto, aunque es en parte cierto, también ha permitido a otros equipos utilizarlo como excusa para no prescindir de esa ventaja técnica frente a otros equipos.

Y vosotros… ¿qué opináis?

Modelo de f1rft mod para rFactor

Por otra parte, no quería dejar pasar la ocasión para invitaros a todos los que os guste la simulación de carreras virtuales (incluyendo f1, por supuesto) a pasaros por una web amiga, de la cual formé parte del staff hace ya mucho tiempo, www.netdrivers.es. En esta web se organizan campeonatos  y carreras de distintos tipos de competiciones, pero eso sí, siempre teniendo en cuenta que lo que se persigue es una simulación, no un simple juego arcade. Si os interesa ese mundillo seguro que lo pasaréis genial y acabareis aprendiendo mucho acerca de aerodinámica y los parámetros que configuran los monoplazas de f1…

…Ya oigo el rugir de los motores!