El reloj de cuarzo no acaba de llegar. Detonó.
A principios de los años 70, esto no era sólo un reloj. Era el aparato de alta tecnología más nuevo del planeta. Esos primeros modelos eran artículos de lujo. Cuestan alrededor de $500 en los Estados Unidos. Presentaban pantallas LED rojas que brillaban en la oscuridad. Hoy el panorama es completamente diferente.
Los precios se han desplomado. Ahora puedes encontrar relojes de cuarzo gratis en cajas de cereales. La tecnología que alguna vez señaló estatus se ha vuelto omnipresente. Vemos cuarzo rosa, la hermosa variedad rosa, en cristales y rodillos de belleza baratos en el supermercado. Pero detrás del cambio estético se esconde un cambio fundamental en la forma en que medimos el tiempo.
¿Qué es un reloj de cuarzo?
En esencia, un reloj de cuarzo utiliza un cristal de cuarzo para regular el tiempo. Esto es diferente de los relojes mecánicos de cuerda que dominaron durante siglos.
El reloj mecánico es una maravilla de la ingeniería. Su desarrollo se inició a finales del siglo XIV. Las innovaciones a lo largo de los años hicieron que estos dispositivos fueran más delgados, más confiables y, finalmente, de cuerda automática. Siguen siendo hazañas impresionantes de la mecánica en miniatura.
Los relojes de cuerda tradicionales se basan en un conjunto específico de componentes que existen desde hace cientos de años:
- Un resorte principal para proporcionar energía.
- Un volante oscilante para establecer la base de tiempo.
- Manecillas para mostrar la hora.
- Un dial enumerado
- Engranajes para transferir energía del resorte a las manos.
Vea Cómo funcionan los relojes de péndulo para comprender el contexto más amplio del cronometraje mecánico. Estos sistemas son lentos. Hacen tictac. Están sujetos a la fricción y la gravedad.
La transición del diapasón
A finales de la década de 1960, la industria buscaba una mejora. Bulova dio el primer paso. Se alejaron del tradicional volante.
En su lugar, utilizaron un oscilador de transistores con un diapasón. Este reloj no funcionó. Tarareó. Funcionó a cientos de hercios. Eso es ciclos por segundo. Era mucho más rápido que los escapes mecánicos.
El diapasón reemplazó el volante y el resorte. Era un resonador de un solo material. Esto redujo la fricción y mejoró la estabilidad. La batería reemplazó el resorte de cuerda. Esto eliminó la necesidad de cuerda manual.
Los engranajes y las ruedas todavía convertían el movimiento mecánico del diapasón en movimiento de la mano. Pero el mecanismo central de sincronización había cambiado. Era electrónico en el fondo, incluso si las manecillas seguían siendo mecánicas.
El siguiente paso lógico
Los relojeros de finales de la década de 1960 reconocieron una limitación. El diapasón estaba bien. Pero los circuitos integrados estaban surgiendo. Estos eran muy nuevos. Sus precios estaban cayendo rápidamente. El número de transistores en estos circuitos crecía exponencialmente.
Había un camino claro a seguir. El siguiente paso requirió un elemento de sincronización que fuera incluso más estable que un diapasón. También requería un circuito integrado que consumía muy poca energía. ¿Por qué? Porque el reloj funcionaba con una pequeña batería interna. Las baterías grandes arruinarían el elegante diseño.
Los LED también eran nuevos. Ofrecieron una pantalla digital alternativa a las manos. La industria necesitaba resolver dos problemas simultáneamente. Necesitaban un nuevo elemento de sincronización. Necesitaban electrónica de potencia ultrabaja.
La solución estaba en una propiedad material. Piezoelectricidad.
El poder de la piezoelectricidad
Elegir el elemento de sincronización adecuado no fue difícil. El cuarzo es miles de veces mejor que un diapasón para marcar el tiempo. Estos cristales existían desde hacía años. El verdadero desafío era encontrar una tecnología de circuitos integrados que pudiera funcionar con una potencia suficientemente baja.
El cuarzo está en todas partes. Proporciona frecuencias precisas a transmisores, receptores y computadoras de radio. Esa precisión proviene de un afortunado conjunto de coincidencias físicas. El dióxido de silicio, que es básicamente arena, permanece cristalino durante cientos de grados. Ignora la mayoría de los disolventes.
La magia ocurre cuando lo aprietas. El efecto piezoeléctrico hace que el cuarzo genere una carga o voltaje en su superficie al comprimirse. Ponle voltaje y se dobla. Sólo un poco.
Imagínese una campana hecha de un solo cristal de cuarzo. Tócalo y suena durante unos minutos. Casi no se pierde energía. La tasa de oscilación no cambia con la temperatura. Puede eliminar ese voltaje superficial con electrodos. Ampliarlo. Vuelva a colocarlo. El cristal sigue sonando.
Podrías hacer una campana de cuarzo. Aunque no es lo ideal. Demasiada energía se escapa al aire. Una barra recta o un disco funcionan mejor. Una barra mantiene su frecuencia mientras se mantenga la relación largo-ancho.
Los relojes modernos utilizan barras pequeñas o formas de diapasón. Suelen estar hechos de finas láminas de cuarzo. Placarlos como un circuito integrado. Grabarlos químicamente para darles forma.
32 kilohercios es la frecuencia estándar de los relojes. Es pequeño. Las frecuencias más altas necesitan más potencia. Los primeros relojeros gastaron millones tratando de conseguir circuitos integrados que dividieran los 1 a 2 MHz generados por los cristales de disco.
Un buen cronometraje depende de la precisión de la frecuencia inicial. El ángulo del corte con respecto al eje cristalino es importante. Lo mismo ocurre con la cantidad de contaminación que entra en el reloj.
La electrónica amplifica el ruido a la frecuencia del cristal. Esto se convierte en oscilación. La salida del oscilador se convierte en pulsos para circuitos digitales. O, si hay manos, los divisores crean pulsos de un segundo. Un pequeño motor impulsa los engranajes.
La precisión se une a la asequibilidad
Los relojes de cuarzo cambiaron la industria. Combinan precisión con durabilidad y asequibilidad. Los relojes mecánicos no pueden competir con la consistencia de las oscilaciones del cuarzo.
La energía de la batería significa menos piezas móviles. Eso aumenta la confiabilidad. El mantenimiento cae significativamente.
A la relojería siempre le ha gustado la innovación. Quartz combina el atractivo tradicional con la eficiencia moderna. A medida que la tecnología evoluciona, estos relojes siguen siendo un testimonio de ese espíritu.
Acerca del autor
Douglas Dwyer fundó Frequency Precision Ltd. Es consultor para la industria electrónica. Ha estado en control de frecuencia desde mediados de los años 1960. Ha escrito sobre osciladores de cristal, versiones con temperatura compensada y modelos controlados por horno. Los osciladores de ondas acústicas de superficie son otra área de su especialización. Las tecnologías de fabricación industrial también forman parte de su trabajo. Ha estado interesado en la historia de los relojes desde que empezó a diseñar relojes de cuarzo.
