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El sistema de iluminación en automóviles

Más luz, más seguridad

El sistema de iluminación en automóviles

Desde que comenzáramos a movernos en carruajes, la necesidad de viajar por la noche imponía el disponer de algún sistema que iluminase el camino. Desde aquellos faroles con velas, los sistemas de iluminación del automóvil han evolucionado de manera excepcional y son, desde mi punto de vista, uno de los sistemas que mayor seguridad aporta al viajar en condiciones de baja visibilidad. Si me permitís la broma, vamos a arrojar luz sobre este tema.

Tipos de emisores

Los sistemas de iluminación se pueden clasificar de muchos modos. El más evidente es por el tipo de emisor de luz que lo compone, así que vamos a hacer un repaso por todos ellos.

Velas, gas, aceite

En la era pre-automóvil, los carruajes utilizaban velas para intentar iluminar el camino. Los más lujosos y avanzados, también disponían de un farol trasero con un cristal rojo, para indicar su posición en los días con niebla o en la noche.

Una vez tuvimos automóviles con nosotros, como el Ford Model T, la velocidad a la que se desplazaban era mayor, por lo que era necesario iluminar mayor distancia, para poder anticiparnos a los peligros que acechaban a la vuelta de las curvas. Por ese motivo, se sustituyeron las velas por faros de gas, ya fuera mediante gas como tal, o en forma de carburo de calcio más agua. Esto consiguió dotar de mayor poder de iluminación a los faros de los vehículos de principios del siglo XX y así disminuir los percances nocturnos.

En la foto de la izquierda podéis ver el Ford Model S, con faros de gas.

Lámpara incandescente

Después de que el señor Edison aumentase la duración de la lámpara incandescente, y la convirtiese en comercialmente viable, resultó una aportación muy útil al mundo del automóvil.  En los primeros años del siglo XX, se comenzó a utilizar este sistema de iluminación, mediante una batería de 8 voltios, e introduciendo las bombillas en los antiguos faroles de gas. Parece ser, que el primer coche con este tipo de faros fue un eléctrico de la marca Columbia, fabricado en 1898. El sistema no tuvo mucho éxito, ya que la vida de las bombillas era de unas pocas horas.

Con el paso de los años y el avance de la óptica, el sistema fue evolucionando: para evitar deslumbramientos a los conductores que circulan en el otro sentido, se comenzaron a tallar los cristales de los faros, a modo de lente. De este modo se grababan diferentes patrones que controlaban el haz de luz, orientándolo hacia la zona más conveniente.

Como sabemos, este tipo de lámparas no son las más eficientes. Se basan en poner el filamento, envasado al vacío o con algún gas noble, a alta temperatura, de manera que emita luz, pero también mucho calor. De hecho, el 85% de la energía se pierde de este modo, siendo el 15% aprovechable en luz. Por este motivo, también la potencia es limitada.

Lámpara halógena

Para superar estos inconvenientes nacieron las lámparas incandescentes rellenas con gas halógeno. Recordemos que los halógenos son el grupo VIIA de la tabla periódica (flúor, cloro, bromo, yodo, astato y téneso). Estos elementos tienen la particularidad de recombinarse con el tungsteno que se desprende del filamento al estar incandescente, por lo que el material no se evapora, y vuelve a depositarse en el propio filamento. Esto hace que tengan mayor durabilidad, y permitan algo más de potencia que las incandescentes. Algunos fabricantes cambiaron el vidrio por el cuarzo para la fabricación de este tipo de bombillas, debido a la alta temperatura que debía soportar.

En estos tiempos se comenzó a eliminar el vidrio tallado, y susituirlo por reflectores parabólicos o elípticos, cuyo reflejo conformase el haz, por lo que la cubierta del faro podía ser totalmente transparente. De este modo se evitan las pérdidas en el vidrio, aumentando la potencia lumínica. Se utiliza policarbonato tratado especialmente para los rayos UV, ya que es económico y resistente a los impactos.

Lámpara de Xenón

Ya en la década de los 90, apareció una innovación que marcaría un antes y un después en la iluminación de los automóviles: las lámparas de xenón. En este caso, la lámpara prescindía del filamento. El bulbo de vidrio se encuentra relleno de gas xenón y dentro de él tenemos dos electrodos, uno positivo y otro negativo.

Aplicando una tensión alterna (AC) suficientemente alta, conseguiremos que se desprenda un arco eléctrico continuo, que a su vez ionice el gas y se produzca la luz. Por este motivo también se llaman lámparas de descarga. Puesto que hay que adaptar los 12 Vdc de la batería a 23.000 Vac a 400 Hz para que funcione la lámpara de descarga de xenón, es necesario dotar de electrónica y un pequeño transformador a este sistema llamado balasto, y que seguramente habremos visto con forma de caja metálica y una pegatina de advertencia de alta tensión, junto a los faros.

Tenemos que hacer especial mención a los faros bi-xenón. Se trata de un faro un poco especial, donde se utiliza un único emisor para luces largas y cortas. Normalmente, aunque el coche equipe faros de descarga, las luces largas se siguen dejando en manos de una bombilla halógena. En el caso de los faros bi-xenón, se prescinde de este emisor, y se regula mediante un solenoide que corta el haz de luz entre el reflector y el faro, dando como resultado las luces cortas o largas.

Diodo emisor de luz (LED)

Después de mejorar la eficiencia de las lámparas incandescentes con las de xenón, el siguiente paso evolutivo fue el LED. En este caso tampoco hay filamento, pero va un paso más allá prescindiendo también del gas o un bulbo al vacío. Se genera luz mediante el uso de semiconductores dopados con arseniuro de galio, aprovechando sus propiedades de recombinación electrónica en uniones P-N. Suena demasiado técnico, pero lo único que tenemos que conocer es que aplicando una corriente continua o alterna a los electrodos del LED, conseguiremos luz de la manera más eficiente que conocemos hasta el día de hoy.

Su durabilidad es igual o mayor a las lámparas de xenón, su iluminación es muy similar a igualdad de potencia, pero su consumo es algo menor.

En el caso de los faros led, merece destacar que existen fundamentalmente dos tipos: los faros led monolíticos, como el que tenemos en el centro de la imagen y que monta la Ford F-150; y los de matriz led, mucho más complejos, con varios ledes, cada uno encargándose de una parte del haz, conformando un haz más potente y con más “relleno” de luz. Los sistemas más sofisticados son capaces de dibujar “sombras” en el haz, de modo que permiten circular con las luces en modo de máximo alcance, sin deslumbrar a los vehículos que quedan dentro de la “sombra”. Lo veremos más adelante.

LASER

El acrónimo proviene de light amplification by stimulated emission of radiation. Esto quiere decir que un láser emite luz coherente, es decir, luz que no se dispersa y que viaja en línea recta. Esto resulta bastante útil ya que puede llegar a grandes distancias. Hoy en día, gracias a las mejoras de la tecnología, ya se puede disponer de faros láser, aunque su aplicación queda restringida por ahora a las luces de largo alcance. No es más que varios haces de luz láser muy potente y concentrada, que se apuntan a un espejo, pasan por un refractor de fósforo, después por una lente, y se dispersan mínimamente. Con esto se consigue tener las luces largas más potentes que hayamos visto jamás, aunque con la desventaja de que el haz es muy estrecho y concentrado. Muy parecidas a las pencil lights de los rallies.

Tipos según su movimiento

Ahora vamos a ver qué tipos existen, en función de su movimiento.

Fijos

Este es el tipo más común en los inicios de la automoción: un reflector fijo, unido al chasis, que ilumina siempre hacia el mismo lugar, esto es, hacia adelante. En este tipo podemos encuadrar también los faros fijos, pero regulables en altura mecánicamente. En este caso existe una especie de tornillo, que empuja el reflector, y de esta manera lo eleva o lo baja, según convenga; pero es una operación que se realiza en parado. Por ejemplo, los modelos con faros escamoteables tan vistosos hasta mediados de los 90 son todos de este tipo.

Con regulación automática de altura

A raíz de la implantación de los faros de xenón, y gracias a su potente haz de luz, la normativa cambió para obligar a los fabricantes a montar regulación de altura automática y lavafaros. Esto es debido a que, si el coche va cargado, podemos deslumbrar fácilmente al resto de conductores, gracias a la potencia de su haz. Lo mismo ocurre si los faros están sucios: el haz se dispersa y logramos deslumbrar a los que circulan de frente.

El tornillo de regulación manual que comentábamos antes, se sustituye por un motor eléctrico que realiza la misma función: se pliega o despliega, según lo requiera la centralita que lo controla.

¿Cómo sabe si lo debe regular? Porque los vehículos equipados con xenón (o LED ya más recientemente), deben montar un sensor de altura en la suspensión, normalmente ubicado en una de las ruedas traseras, aunque se pueden colocar dos, uno delante y otro detrás, para comparar alturas relativas; o incluso en las cuatro ruedas si deseamos realizar funciones más sofisticadas. En realidad, no es más que un potenciómetro calibrado. La centralita que regula los faros, se calibra con el coche en posición horizontal. En este momento se captura la tensión de salida del potenciómetro, y se asocia a una determinada altura de los faros, con los motores eléctricos que los regulan. Cada vez que el coche tenga los faros encendidos y se encuentre parado durante un determinado tiempo, la centralita recalculará los valores y regulará los faros en consecuencia. De este modo, si vamos cargados, el haz de luz bajará para no deslumbrar. En cuanto descarguemos el coche, o lo apaguemos, en el siguiente encendido volverá a su posición inicial, y se volverá a calibrar según el peso.

Con regulación de giro

Sería muy interesante si pudiésemos dirigir el haz de luz hacia el interior de la curva cuando giramos. De este modo lograríamos ver durante las curvas y a mayor distancia. Eso mismo pensaron en Estados Unidos, cuando Preston Tucker en los años 40 estaba diseñando su modelo Torpedo. Este coche tan avanzado a su tiempo preveía montar un faro central direccional, unido a la dirección de las ruedas. Aunque al final desecharon la idea, por encarecer excesivamente el producto y no lo montaron en las pocas unidades fabricadas.

Ya en 1967, a este lado del charco, una marca que lleva la innovación en su ADN, Citroën, lanzó la renovación de su DS, dotándolo de cuatro faros, dos de ellos direccionales unidos a la dirección. Según nuestros datos, este sería el primer vehículo producido en serie con este tipo de faros.

Hoy en día, debido a que ya disponemos de muchísima electrónica a bordo, los fabricantes han añadido otro motor eléctrico, al ya existente para la regulación en altura. De este modo, se puede controlar el faro interior y exterior de la curva de manera independiente, ofreciendo mayor ángulo en el exterior, aprovechando los sensores de giro del volante.

Algunos fabricantes, para ahorrar costes y no complicarse con más motores eléctricos en los faros, emplean las luces antiniebla, encendiendo la del interior a la curva según hacia donde se detecte el giro. Y otros algo más elaborados emplean otra lámpara interior, orientada hacia el exterior del vehículo, para encenderla cuando giramos y así iluminar hacia el interior de la curva con mayor ángulo.

Con regulación dinámica de altura

Rizando más el rizo, vamos avanzando en tecnología, y gracias a los acelerómetros que incorpora el vehículo, la centralita puede saber si estamos subiendo una pendiente, bajándola o estamos en llano. Incluso se puede saber cuando pasamos por un bache, y el vehículo cabecea. Conociendo estos datos, puede regular dinámicamente la altura del faro, para que estas transiciones sean más confortables para nuestra vista. Imaginemos que vamos por una carretera muy bacheada, y nuestros faros apuntan abajo y arriba continuamente. Si añadimos esta mejora, los faros apuntarán rectos, independientemente de los baches y los cabeceos del vehículo, lo que redunda en mayor seguridad.

Con regulación dinámica del haz (antideslumbramiento)

Este tipo de faros son el “último grito” en tecnología de iluminación del automóvil. Se basan en llevar siempre las luces largas encendidas, detectar los coches que circulan cerca de nosotros (ya sea en el mismo carril o en el opuesto), y apagar solamente la zona de dicho vehículo para no molestarle, mientras seguimos iluminando con las luces de largo alcance. Para realizar esto como supondréis, es necesario mayor equipamiento: al menos una cámara con un algoritmo de visión artificial, que detecte los vehículos a una distancia prudente para poder actuar y no deslumbrarles. Debe detectar tanto las luces blancas (los que circulan de frente) como las rojas (los que circulan en nuestro carril), y distinguirlas de las luces de las farolas, o cualquier otra luz que no sea un vehículo. Como vemos, la cosa se complica. ¿Cómo ocultamos el haz solamente en la parte que nos interesa?

Los más rudimentarios, detectan estas circunstancias, y simplemente cambian las luces largas por las cortas. Cuando no hay más vehículos cerca, se vuelven a conectar las de largo alcance. También lo llaman luces largas automáticas, High Beam Assist (HBA) o similares. Están muy bien, pero se puede mejorar.

En los inicios de esta tecnología la regulación del haz de luz se realizaba con algún dispositivo mecánico que se movía en frente del faro, para tapar la zona que interesaba. Era una especie de cortinilla pequeña, que se movía de izquierda a derecha. Tenía el inconveniente que solo podía proteger a un coche. Si llevamos un vehículo delante, y nos cruzamos con otro, tendría que cambiar a las luces cortas. De hecho, esta tecnología ya no se utiliza.

En la actualidad, cuando el fabricante lo ofrece como opción, disponemos de dos tipos: las matrices de LED y la tecnología LCD (Liquid Crystal Display).

Las matrices de LED emplean varios ledes para iluminar zonas muy concretas. Gracias a esto, se pueden apagar independientemente, consiguiendo dejar de iluminar la zona que deslumbraría al otro conductor. Aunque en la actualidad la tecnología ya permite combinar ambos sistemas. ¿Qué es el LCD? Para hacer la explicación corta, digamos que es un cristal con muchos puntos (por ejemplo, una matriz de 5 filas y 3 columnas), y que podemos controlar cuáles de esos puntos dejan pasar luz y cuáles no. De esta manera, modificamos la forma del haz de luz de manera más granular, apagando o encendiendo ledes en la matriz, y controlar a su vez los puntos de luz de los que están encendidos. Este LCD se podría emplear también en faros de xenón, ya que es un elemento que se interpone entre el emisor y la lente. Para entenderlo mejor, os dejo con un vídeo donde se combinan los matrix LED con LCD.

Consumo, potencia lumínica y temperatura de color

Una de los parámetros importantes a la hora de fijarse en un sistema de iluminación es la cantidad de luz que aporta frente a su consumo. Podríamos tener faros que alumbrasen de maravilla, pero si consumieran miles de vatios no tendrían sentido. La cantidad de luz que emite un faro se suele medir en lúmenes y su haz en lux. Un lux sería 1 lumen sobre 1 metro cuadrado.

La temperatura de color también es importante, porque cuanto más se acerque a la luz natural blanca, más información recibirán nuestros ojos. Se mide en grados Kelvin y representa el color de la luz que emitiría un objeto a esa temperatura. Solo como referencia, la superficie del sol se considera que está a unos 5780 K y emite luz blanca. Por debajo de esa temperatura tendrá un color más anaranjado, y por encima, un color más azulado.

En las fotos podéis ver color y potencia lumínica, arriba halógenos, abajo LED, laser vs led y antinieblas halógenos vs led.

Las lámparas incandescentes, típicas de los coches antiguos antes de la década de los 80, consumen unos 55 W, emiten unos 1600 lúmenes y tienen una temperatura de color de unos 2800 K.

Las lámparas halógenas consumen lo mismo que las incandescentes, y emiten los mismos lúmenes, pero suben a unos 3300 K, una luz menos anaranjada.

Los faros de xenón consumen unos 35 W cada uno, y ya consiguen una luz blanca, emitiendo unos 3200 lúmenes, es decir, duplican la cantidad de luz de los halógenos, bajando la potencia. Típicamente los fabricantes equipan de 4300 K, 5000 K, 6000 K u 8000 K.

Los faros LED bajan ya a los 30 W cada uno, y disponen de diferentes temperaturas de color según el fabricante, igual que les ocurre a los faros de xenón. En cuanto a la cantidad de luz, emiten alrededor de unos 3000 lúmenes, pero tengamos en cuenta que su haz es más estrecho, por lo que al unir varios en un faro de matriz led, conseguiremos sumar la potencia lumínica.

Por último, los faros laser consumen alrededor de los 20 W, la temperatura de color suele estar en torno a los 5500 K y su iluminación es muy superior a los anteriores, alrededor de los 10000 lúmenes. Esto tiene como contrapartida que el haz es aún más estrecho que los led, por lo que es óptimo para utilizar como luces ultra-largas, en combinación con las luces cortas y largas.

Luces especiales

Luces de día o diurnas

Las luces de día o DRL (daytime running lights) se emplean ya de serie en casi todos los coches nuevos por normativa. Suelen ser de ledes o halógenos, y su misión es llamar la atención al resto de usuarios cuando nos aproximamos. Es posible que se den situaciones en las que el sol nos deslumbra y estas luces ayudan a distinguir los vehículos que circulan en sentido contrario al nuestro.

Luces antiniebla

Estas luces tienen su especialidad en días de niebla o con lluvia/nieve muy abundante. Su haz de luz es bajo y ancho, eliminando los reflejos que tenemos con las luces cortas, cuyo haz es más alto y lejano. En ocasiones el fabricante las utiliza como luces directrices, iluminando momentáneamente la que corresponda al giro que estamos realizando.

Luces de competición

En este apartado podemos incluir todas las luces que no son legales en carretera: las luces que se emplean en rally, como las luces-lápiz, por su haz estrecho y larguísimo alcance; las luces de los LMP1 de LeMans, que iluminan a gran distancia y con un haz bastante ancho; incluso las barras led que suelen equipar en el Dakar. ¿Por qué no son legales? Porque no cumplen con la reglamentación DOT (América) o ECE (Europa) para circular por carretera. Aquí os dejo una imagen con el patrón que define cada norma.

Hasta aquí nuestro repaso a los diferentes sistemas de iluminación que podemos encontrar en diferentes tipos de automóvil. Cuando vamos a comprar un coche nuevo, no solemos pensar en qué faros vamos a equipar, y sí pensamos en el color, la pintura metalizada, las llantas, etc. Personalmente después de conducir muchos años con xenón y ver la seguridad que aporta al circular de noche, jamás volvería a comprar un coche con faros halógenos. Seguramente optaría por el siguiente nivel, que son los de matriz LED.

Su coste frente al total del coche es pequeño, y si mi presupuesto no me lo permite, prescindiría antes de accesorios estéticos que de unos buenos faros. Mucho mejor de serie, porque después de haber comprado faros halógenos, podemos caer en la tentación de “tunearlos” con xenón o led, sin saber que no equipan algo fundamental como la regulación automática de altura o el lavafaros, por lo que iremos deslumbrando al personal con luces que se parecen más a la noche de Le Mans. Mas luz es más seguridad, pero cumpliendo con la normativa para no molestar.

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Sobre mí

Pablo Mayo

Ingeniero de profesión, la mayor pasión de mi vida son los coches desde que era un chaval. El olor a aceite, gasolina, neumático...hace que todos mis sentidos despierten. Ahora embarcado en esta nueva aventura, espero que llegue a buen puerto con vuestra ayuda. Gracias por estar ahí.

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carnomo
Invitado
carnomo

Excelente artículo: completo, didáctico y pedagógico. Me ha ayudado mucho a entender esto de las luces de los coches, por ser simplista.

J.J. López
Editor

Vaya, poco queda por explicar. Muy bueno.

Pablo Mayo
Invitado
Pablo Mayo

Muchísimas gracias carnomo, por tus comentarios y por el apoyo a nuestra humilde página.

SergioQ4
Invitado
SergioQ4

Yo no puedo entender cómo es que existió el Xenon. No pudieron hacer algo mejor con la tecnología existente hasta ese momento? Se usan luces de Xenon en otras aplicaciones? Qué otro tipo de luces se podrían haber adaptado de otras aplicaciones? Manejé con Xenon (dos autos nada más por 10 días C/U) y no me pareció tan maravilloso como se lo plantea (comparando con unas buenas halógenas con lupa, porque hay halógenas que iluminan menos que una vela). Cantidad de luz normal, el tono del color? Se consigue muy similar en ciertas halógenas. Quizá haya mejoras, pero realmente palpables… Leer más »

Pablo Mayo
Invitado
Pablo Mayo

Hola SergioQ4,
Las luces de xenón: iluminan más que una bombilla halógena (3200 lm frente a 1600 lm de la bombilla), consumen menos (35 W frente a 55 W), duran toda la vida del coche (las halógenas unas 500 horas) y su color es más blanco (6000K frente a 3300K). Desde mi punto de vista, todo ventajas.

SergioQ4
Invitado
SergioQ4

OK, iluminan más que una halógena, ese es un dato concreto. Sin embargo, por qué no se usan para las altas? Por la lenta velocidad de encendido en caso de necesitarlas para ráfagas, dicen. Entonces una lámpara halógena con menos lm sirve para iluminar a más distancia? No deja de ser raro. El consumo me parece irrelevante teniendo en cuenta que siempre tenemos el alternador generando corriente mientras estamos en uso de dicha iluminación. No es una casa en un país con emergencia eléctrica y si el motor se detuviera haciendo uso de la batería, no necesitaríamos de las luces… Leer más »

Mesi Ta
Invitado
Mesi Ta

Un sistema bastante primitivo de antideslumbramiento era el “ojo autrónico” (autronic eye) de Cadillac en los años 50, el cual mediante una célula fotoeléctrica detectaba los vehículos que se cruzaban en su camino para así poder cambiar entre las luces de cruce y las de carretera. En cuanto a las luces LED (Mazda CX-5) y xenón (Seat Iiza) que he probado me quedo con las del Ibiza. Me gusta más la luz adaptativa en curvas, ya que al moverse el foco entero el movimiento de la luz me parece más agradable. En el Mazda se notan “saltos” en la luz… Leer más »

Pablo Mayo
Invitado
Pablo Mayo

Muchas gracias Mesi Ta. Se quedaron algunas cosas en el tintero, porque da para escribir un libro entero, pero quería centrarme más en los sistemas de iluminación que en las legislaciones de cada país.


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Pablo Mayo

Ingeniero de profesión, la mayor pasión de mi vida son los coches desde que era un chaval. El olor a aceite, gasolina, neumático...hace que todos mis sentidos despierten. Ahora embarcado en esta nueva aventura, espero que llegue a buen puerto con vuestra ayuda. Gracias por estar ahí.

Javier Costas

Me gustan los coches desde que tengo uso de razón (o antes). Tras haber conducido más de 400 coches aquí sigo, divulgando y aprendiendo a partes iguales sobre las cuatro ruedas. Vosotros habéis hecho que se convierta en mi pasión.

Luis Blázquez

Aficionado al mundo del motor desde que fui concebido. Aprendí a leer con revistas de coches y, desde entonces, soy un completo enamorado de la gasolina. Como no se nace sabiendo todo, cada día es importante aprender algo nuevo y así ampliar los conocimientos. Este mundillo tiene mucho que ofrecer, al igual que un servidor a vosotros los lectores.

J.J. López

Portador del contagioso virus de los coches desde los once años. Ingeniero en informática, programador de robots y visión artificial que lo piensa todo en coches. Amante del arte, técnica y tecnología en movimiento, esto es, apasionado incondicional del automóvil.

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Desde que tengo conciencia me llamó la atención cualquier cosa con ruedas. Aprendí a montar en bicicleta al mismo tiempo que a andar, y creo que la genética tiene algo que ver: mi padre adoraba los coches, les ponía nombres, mi abuelo conducía y participaba en el diseño de camiones, y le privaban los coches...

Ángel Martínez

Soy uno de esos bichos raros a los que les apasiona hablar de coches y se pasaría horas comentando modelos o repasando la historia de la automoción. Pienso que la mayoría de ellos tienen su encanto, desde el deportivo con el que soñamos hasta el utilitario que te encuentras en cualquier esquina.

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