Sistema de alumbrado automotriz: componentes y funcionamiento

TECNOLOGÍA ESPECÍFICA: SISTEMA DE
ILUMINACIÓN
PROF.: CORAL ALFARO LUIS ENRIQUE

SISTEMA DE ALUMBRADO
• Este sistema provee iluminación al automóvil para su circulación
adecuada en condiciones de baja visibilidad, aumentando la
claridad del vehículo y ofreciendo a los demás usuarios de la vía
información sobre la presencia, posición, tamaño o dirección del
vehículo y sobre las intenciones del conductor en cuanto a
dirección y velocidad. Un correcto funcionamiento de este sistema
incrementa sustancialmente la seguridad activa.
Electricidad automotriz

Electricidad Automotriz
• El alumbrado de un vehículo está constituido por el grupo de
dispositivos lumínicos montados o instalados en el frontal,
laterales o trasera de un vehículo para proporcionar al conductor
todos los servicios de luces necesarios prescritos por la ley, para
poder circular por carretera como por ciudad, así como todos
aquellos servicios auxiliares de control y confort para la utilización
del vehículo.

CLASIFICACIÓN

• Las instalaciones eléctricas existentes en los vehículos están
constituidas por los cableados y los componentes, como los
fusibles, faros, pilotos, centrales, motores, lámparas,
interruptores, etc. Para comprender el funcionamiento de tales
instalaciones es necesario conocer los elementos que las
componen y sus características.
• Entre los elementos principales del sistema de alumbrado
encontramos:
• 1. Faros
• 2. Pilotos
• 3. Lámparas
• 4. Conductores
• 5. Fusibles
• 6. Elementos de mando
• 7. Llave de contacto
• 8. Interruptor de freno y de marcha atrás
ELEMENTOS DEL SISTEMA DE ALUMBRADO Y MANIOBRA

DESIGNACIÓN BORNES BOSCH ALUMBRADO
• 15: Positivo después de contacto.
• 30 Positivo directo.
• 31 MASA o GND .
• 49.- Entrada positivo relé intermitencias
• 49a.- Conmutador de relé intermitencias
• 49b.- Salida 2º circuito intermitencias
• 52.- Señales de remolque
• 54.- Luces de frenado
• 55.- Faros antiniebla
• 57.- Luces de posición 57L.- P izquierda 57R.- P derecha
• 58.- Luces de gálibo

FAROS
• Los faros de un coche son los proyectores de luz que sirven para
iluminar el camino de un vehículo por la noche. También sirven
para que el vehículo sea más visible a los demás, cuando hay
poca visibilidad.

COMPOSICIÓN DE UN FARO

TIPOS DE FAROS
• Los faros han sido un equipamiento estándar en los automóviles
y camiones por más de un siglo, y demuestran su necesidad
cada noche y en condiciones meteorológicas extremas. En el
transcurso de su existencia, ha habido numerosos diseños de
faros.

FUNCIONAMIENTO DEL FARO (Reflectores parabólicos)
• En la mayoría de los casos, para la función de cruce y carretera
se utiliza una lámpara de doble filamento (Bifil) (H4 o R2 Código
Europeo)

• Para la función carretera: (Largas) la fuente luminosa se sitúa en el foco
de la parábola, reflejando los rayos en su superficie y emitiéndolos
paralelamente al eje DS

• Para la función cruce: (Cortas) La fuente luminosa se sitúa delante
del foco de la parábola. El tapa-luz (pantalla) tiene la función de
suprimir los rayos luminosos que producirían el deslumbramiento
de los vehículos que circulan en sentido contrario. Esto supone
desgraciadamente la pérdida de la mitad del flujo luminoso
emitido por la lámpara.

• La fuente luminosa C situada delante del foco y con el tapa-luz
M, proporciona un haz de luz dirigido hacia abajo y limitado por
un corte limpio, no deslumbrante.
• Los reflectores parabólicos se emplean tanto en aplicaciones de
iluminación como de señalización.

PILOTOS
• Realizan las funciones de:
– Posición,
– intermitente,
– freno,
– catadióptrico,
– marcha atrás y
– antiniebla)
• Piloto trasero
– Dirección (21 W)
– Freno (21 W)
– Posición (5 W)
– Marcha atrás (21 W)
– Antiniebla (21 W)

HOMOLOGACIÓN EN PROYECTORES
• Los fabricantes de sistemas de iluminación deben homologar sus
productos y deben de respetar normas internacionales, por ello en
cristales o tulipas deben de existir marcas de homologación.

• 1º Función del proyector o piloto ( Ver tabla)
• 2º Marcaje europeo del país que realiza la homologación:
– 1 Alemania, 2 Francia, 3 Italia, 9 España
• 3º Fabricante (Valeo, Hella,Magneti Marelli, etc.)
• 4º Sentido de circulación ( flechas izquierda y derecha)
• 5º Número de homologación
• 6º Intensidad luminosa del haz de carretera
Los números 10 / 17,5 / 20 /
25 / 27,5 / 30 / 37,5 indican
que estos números
multiplicados por 3000 es el
número de candelas que
emite el proyector, con la
restricción de que la máxima
permitida sea de 75 la suma
de todos los faros.

LÁMPARAS
• Trasforman la energía
eléctrica en energía
luminosa, sus
características
principales son la
tensión y la potencia.
• El producto de la
tensión en sus extremos
por la intensidad de la
corriente que la recorre
expresa la potencia
eléctrica absorbida por
la lámpara en watios.

TIPOS DE LÁMPARAS
• Las lámparas en el automóvil pueden clasificarse básicamente en tres
tipos:
– Lámparas de gran potencia para iluminar el camino.
– Lámparas de media potencia para visualización del automóvil.
– Lámparas de pequeña potencia para señalización de control e iluminación.
• Lámparas de gran potencia para iluminar el camino.
– 1º Incandescencia normales
– 2º Incandescencia Halógenas
– 3º Descarga o Xenón
• Respecto a las lámparas de automoción, destacaremos que en la
nomenclatura cuando llevan la letra: Y = Amarilla , H = Halógena y D =
Descarga o Xenón.
• Aunque se fabrican faros de iluminación en los que todos los componentes
están integrados como una unidad sellada, nos ocuparemos aquí de
aquellos en los que la lámpara es intercambiable.

LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA NORMALES
• El principio de funcionamiento se
basa en la generación de energía
visible mediante un filamento
metálico (hoy en día wolframio), que
actúa como resistencia, este se pone
al rojo (incandescencia) y desprende
luz (y calor), por el paso de la
corriente eléctrica en aplicación de la
ley de Joule.
• El filamento está encerrado en una
ampolla de vidrio dentro de la que se
ha hecho el vacío (o bien se ha
rellenado con un gas noble, por
ejemplo kriptón).

LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA NORMALES
• Los bulbos incandescentes estándares fueron utilizados durante
muchos años por todos los vehículos, comúnmente con el filamento de
luz de carretera de 55 watios y el de luz de cruce de 45 watios para los
sistemas de 12 voltios.
• Son las más ineficientes (o sea las que más consumen) y las que menos
duran, por lo que pueden tener los días contados.

LÁMPARAS DE INCANDESCENCIA HALÓGENAS
• El principio es el mismo, solo que en lugar de vacío se rellena la ampolla
con un gas halógeno, el filamento dura más y desprende más luz (con el
mismo consumo) y más blanca.
• Como se alcanzan temperaturas más altas, la ampolla ya no es de vidrio
de arena de sílice (el vidrio convencional) sino de vidrio de arena de
cuarzo (y por esa razón, al colocarla, no se debe tocar con los dedos
desnudos la ampolla de una bombilla halógena, ya que el pH ligeramente
ácido de la piel (de la grasa y del sudor que puede desprender) daña ese
tipo de vidrio.

• Fueron el primer gran cambio en los faros de automóviles permitiendo
tener más luz (y no hace tanto, unos 30 – 35 años aproximadamente).
• Este tipo de bulbo incandescente halógeno ha venido reemplazando al
incandescente estándar en casi todas las aplicaciones y especialmente
en las luces de camino.

• Una lámpara halógena se
compone de una ampolla
de cristal que encierra uno
o más filamentos de
tungsteno, en una
atmósfera de gas halógeno
(generalmente Yodo). Al
encenderse, el filamento
alcanza temperaturas de
hasta 2.200 grados
centígrados, produciendo
luz.

• Cuando el filamento alcanza la
temperatura máxima que
soporta, comienza el proceso de
evaporación, los átomos de
tungsteno se gasifican y
expanden llenando el interior de
la capsula de cristal de cuarzo, Al
llegar a la superficie del cristal, la
temperatura desciende de 3000
800 ªC aproximadamente. En
estas circunstancias, los átomos
liberados se combinan con el
halógeno, formando halogenuro
de tungsteno.

• Este nuevo gas retorna al filamento
deteriorado por la evaporación, como
es un gas inestable, al ponerse en
contacto con el calor del filamento, se
descompone en tungsteno metálico,
que se deposita en el filamento y lo
reconstruye. Lo que permite al
filamento regenerarse y aumentar su
duración entre 3000 y 10000 horas
según el tipo de lámpara, contra las
1000 horas que permite una lámpara
común. el proceso se llama ciclo
halógeno y dura mientras la lámpara
este encendida.

• En el filamento de tungsteno, la fricción es
mayor, esto provoca la incandescencia que
emite la luz visible. Algunos electrones, son
forzados a abandonar la órbita fija que
ocupan en los átomos de tungsteno, pasando
a ocupar una órbita más externa con mayor
nivel de energía. Esta posición nueva solo
dura unos instantes, porque la atracción del
núcleo sobre sus electrones, los obliga a
reintegrarse a la órbita inicial. Cuando los
electrones se reintegran a sus orbitas,
emiten un fotón de luz visible, liberando el
exceso de energía que habían adquirido al
saltar a una órbita mayor.

• Ventajas
– La temperatura de la luz es de 3200K
– Bajo consumo eléctrico y larga duración
– Incremento en brillo del 30 %
– Funciona a toda temperatura ambiente
– Disponible para potencias de 55W a
100W
– Para luz de carretera 1200 lúmenes (700
lm foco convencional)
– Para luz de cruce 750 lúmenes (450 lm
foco convencional)
– Mayor profundidad de visón para luz de
carretera
– Haz luminoso ancho para luz de cruce

• Tipos de lámparas halógenas
– Existen diferentes tipos de
bombillas halógenas que varían
según los modelos. Pueden ser
del tipo H1, H4, H7, H9, o incluso
del tipo HB3 y HB4. La bombilla
H4 cumple la función de luz de
cruce y de luz de carretera.

LÁMPARAS DE DESCARGA O XENÓN
• Con la continua evolución de la tecnología aplicada al automóvil, aparecen las
lámparas de descarga de gas o lámpara de xenón, que proporcionan un alumbrado
más claro (parecido a la luz natural), nítido y profundo, mayor rendimiento luminoso
(hasta tres veces) y una larga vida útil.
• La principal diferencia con las anteriores lámparas es la sustitución del filamento
(motivo del desgaste y vida útil de la lámpara) por unos electrodos encerrados en
una ampolla de cuarzo en los cuales se produce un arco eléctrico que origina el flujo
luminoso.

• Inicialmente esta lámpara fue usada para luz corta y posteriormente
también para luz larga llegando a denominarse faros bi-xenón . En estos
últimos se utiliza la misma lámpara para las luces bajas y altas. Para
alterar el alcance se utiliza una cubierta mecánica, conmutada por un
electroimán, que se antepone al rayo de luz.
• También existen faros xenón dobles en los que no se utiliza ninguna
cubierta, sino que cuentan con dos pares de electrodos
independientes así como con lentes o reflectores propios y dos
balastros por faro.
• Así mismo, debido a la gran potencia luminosa de estas lámparas y con
objeto de no deslumbrar en ningún caso a los usuarios que circulan en
sentido contrario, se debe disponer de manera obligatoria un sistema
automático de regulación en altura del alumbrado así como un sistema
lavafaros.

• La tecnología xenón se ha visto obligada a evolucionar por ese motivo
existen diferentes generaciones:
– Generación del año 1992
– Generación del año 1997 (la más utilizada en el mercado)

• Estas lámparas tienen creciente presencia en
el mercado en vehículos de la gama alta e
inclusive en vehículos compactos, para las
luces delanteras cortas o largas. La
denominación Faros xenón es algo confusa,
pues es una lámpara de plasma con vapor de
mercurio a alta presión, en la que el relleno de
xenón solo participa en el encendido inicial.
En lugar de un filamento incandescente como
en las lámparas halógenas, se tiene dos
electrodos de tungsteno posicionados con
precisión que producen un arco eléctrico
constante. Para hacer posible este sistema se
cuenta con un sistema electrónico.

• El cuadro refleja la comparativa con las lámparas halógenas.
 La temperatura de operación llega aproximadamente a 700ºC,
mientras que la temperatura de luz es de 4100 a 4500ºK frente a
los 3200 de las halógenas, por los que es más blanca. El cuadro
refleja la comparativa con las lámparas halógenas.

CONSTITUCIÓN DE LA LÁMPARA DE XENÓN
• La lámpara está formada por una ampolla
de vidrio de cuarzo que aloja en su interior
los electrodos y un relleno de gas noble
xenón con una mezcla de metales y haluros
metálicos a alta presión.
• El balastro aplica una tensión de encendido
de hasta 23Kv (los de la 3ª generación),
dicha tensión genera un arco eléctrico entre
los electrodos de la ampolla que hace que
se ionice el relleno de gas, hasta que se
genera la
luz. Durante el suministro eléctrico alterno controlado (aprox. 400Hz), las
sustancias líquidas y sólidas se vaporizan y generan un aumento de
temperatura. Una vez establecida su potencia luminosa, la tensión de
trabajo es de 85v. La lámpara alcanza su claridad total en unos segundos.

TIPOS DE LÁMPARAS XENON
• En la actualidad se utilizan dos tipos de lámparas de descarga para
la aplicación a vehículos automóviles (según figura anterior):
– D2R para faros parabólicos (con pantalla)
– D2S para faros elipsoidales (sin pantalla)
• Ambos tipos de lámparas se utilizan para el alumbrado de cruce,
disponiendo en la mayoría de los casos, de una halógena H7 para el
alumbrado intensivo o de carretera.

ESTRUCTURA DEL FARO XENON
• Está formado por una
unidad de control y un
bloque de encendido,
normalmente están
incorporados en el faro.
No obstante, también
existen modelos en los
que la unidad de control
está en una pletina sujeta
cerca de las torres de
amortiguación.
Normalmente, los
componentes del faro de
descarga de gas pueden
sustituirse por separado.

FASES DE FUNCIONAMIENTO LÁMPARA DE XENÓN
• El funcionamiento de estas lámparas se basa en el principio según el
cual, si un determinado gas es atravesado por una corriente eléctrica,
ésta produce la ionización del gas (se convierte en conductor)
generándose seguidamente un arco voltaico que por radiación emite
luz.
• En el funcionamiento de las lámparas de descarga se puede establecer
tres fases:
– 1ª Fase: Encendido
– 2ª Fase: Calentamiento
– 3ª Fase: Régimen estabilizado

• 1ª Fase: Encendido. La unidad de mando se alimenta desde batería
(corriente continua a 12 V.), que la transforma en corriente alterna (400
Hz) y a una tensión media de 400 – 500 V. Con esta corriente alterna se
alimenta la reactancia (el transformador, también llamado balastro
electrónico) que eleva la tensión hasta los 25 – 28 KV. (alta tensión)
para producir el arco eléctrico entre los electrodos de la lámpara.

• 2ª Fase: Calentamiento. El arco eléctrico establecido entre los
electrodos de la lámpara produce la ionización del gas y la vaporización
de las sales, que se vuelven conductores y facilitan la creación del arco,
que por radiación, emiten la luz.

• 3ª Fase: Régimen estabilizado. Tras la fase anterior, la unidad de control
controla en todo momento el haz de luz de la lámpara (regulando la
tensión de alimentación de la reactancia, según el estado de la
lámpara), bajando la tensión a unos 85 V. La lámpara funciona a
régimen estabilizado.

• Ventajas con relación a sus predecesores
– Emisión de luz blanca similar a la luz natural.
– Mayor nitidez visual.
– Mayor distancia de alumbrado (más profundidad).
– Haz de luz más ancho (mejor percepción lateral).
– El rendimiento luminoso es hasta tres veces superior al de sus predecesoras.
– Su vida útil puede ser incluso superior a la vida media del automóvil donde se
instala, con un flujo luminoso constante durante toda su vida de servicio.

MANTENIMIENTO DE LOS FAROS XENON
• Dada la duración de este tipo de lámparas, el mantenimiento del
sistema se centra más en los sistemas de alimentación y regulación
automática del alcance del alumbrado que en el de la propia lámpara.
• Precauciones:
– Evitar el contacto directo de la ampolla con los dedos (al igual que en las
halógenas) o cualquier otra acción que conlleve la formación de depósitos
grasos pues debido a la alta temperatura se puede deteriorar.
– Debido a las altas temperaturas, es necesario esperar a que se enfríen antes de
manipularlas.
– Debido a la intensa luminosidad es peligroso encenderlas fuera del bloque
óptico, pudiendo dañar los ojos.
– Tras la sustitución de una lámpara es necesario realizar el reglaje del alcance del
alumbrado con equipos adecuados.

COMPONENTES DEL SISTEMA
• En el esquema se indican todos los componentes del sistema de
alumbrado con lámparas de xenón.

UNIDADES DE MANDO
• Las funciones asumidas por la unidad de mando son:
– Puesta en funcionamiento de la lámpara de xenón, según vimos en las fases de
funcionamiento.
– Regulación del alcance de alumbrado.
 Existe una unidad de control por cada faro. La alojada en el faro
izquierdo es la Unidad de Mando Maestra, siendo la Esclava la
del faro derecho.

• Las funciones asumidas por la unidad de mando son:
– Puesta en funcionamiento de la lámpara de xenón, según
vimos en las fases de funcionamiento.
– Regulación del alcance de alumbrado.
 Existe una unidad de control por cada faro. La alojada en el faro
izquierdo es la Unidad de Mando Maestra, siendo la Esclava la
del faro derecho.
UNIDADES DE MANDO

• Para el funcionamiento de regulación automática, la unidad de mando
también recibe la señal de velocidad del vehículo, a través del sensor
utilizado para el ABS o el propio sensor del taquímetro.
UNIDADES DE MANDO

BALASTRO O REACTANCIA
• Es el elemento encargado de (a través de la
excitación de su unidad de mando) alimentar
eléctricamente su lámpara correspondiente.
• Puede estar integrada en el cuerpo de la lámpara
formando un único conjunto o bien fabricarse por
separado. Las construidas con diseño
monobloque tienen la ventaja de eliminar los
cables de alta tensión que unen ésta con la
lámpara correspondiente.
 La tensión recibida por la reactancia desde la unidad de mando es
convertida en alta tensión. Para ello, internamente está constituida
por dos circuitos uno de los cuales tiene la misión de producir el
encendido de la lámpara siendo la función del otro la de excitar ésta
durante el tiempo que permanezca encendida.

TEMPERATURA DE COLOR
• La temperatura de color de una fuente de luz se define comparando su
color dentro del espectro luminoso con el de la luz que emitiría un
cuerpo negro calentado a una temperatura determinada. Por este
motivo esta temperatura de color se expresa en kelvin, a pesar de no
reflejar expresamente una medida de temperatura, por ser la misma
solo una medida relativa.
 Generalmente no es perceptible a simple vista, sino mediante la
comparación directa entre dos luces como podría ser la observación
de una hoja de papel normal bajo una luz de tungsteno (lámpara
incandescente) y a otra bajo la de un tubo fluorescente (luz de día)
simultáneamente.
 La razón por la que se llama temperatura es porque sería el color de la
emisión de un cuerpo negro perfecto a esa temperatura.

LÁMPARAS HID SEGÚN TEMPERATURA DE COLOR
• Existen lámparas Xenón de diferente temperatura de color para
diferentes aplicaciones aplicaciones

FAROS LED
• Los faros de xenón apenas se están imponiendo y están viendo ganar
cada vez más terreno a los faros LED, poco a poco presentes en más
modelos, aunque no siempre de serie.
• Las ventajas técnicas de los faros LED son indiscutibles: duran más horas
(hasta 10000 h), consumen menos energía (80%) y generan más flujo
luminoso (por cada W). Pero además son más compactos y permiten
nuevos diseños de faro, con disposiciones de los emisores de luz mucho
más libres. La desventaja: son más caros.

• El empleo de LED en los faros ya no se reduce a luces de marcha diurna, luces de
posición, intermitentes o freno. En este campo cada vez están más extendidos
especialmente en coches hibrido y eléctricos.
• Los reflectores pueden ser parabólicos, elipsoidales o de geometría libre.
• En estos momentos viene a haber tres tecnologías diferentes de faros LED:
– Led ocultos
– Led tras una lente elipsoidal
– Led a la vista
FAROS LED

FAROS LED
• LEDs ocultos, retroproyección y faro reflector: A simple vista uno no
percibe los LEDs, estos emiten luz “hacia atrás” y esta es reflejada en la
pantalla reflectora del faro, normalmente parabólica aunque también
puede ser elíptica, que lanza la luz hacia adelante.
• LEDs tras una lente elipsoidal: pueden parecer faros de xenón. Es el caso,
por citar un ejemplo, de los faros LED opcionales del coche híbrido Toyota
Prius, o de algunos modelos de Audi o Lexus. Los LED están agrupados
formando una lámpara y esta está detrás de una lente, que es la que
vemos desde el exterior y que se encarga de proyectar el haz de luz.
• LEDs a la vista, con cristal de dispersión o no. Los LED están detrás de un
cristal con un tallado óptico prismático para controlar la manera en que
se emite el haz de luz. En este caso suelen verse a simple vista
agrupaciones de varios LED en el faro.

FAROS LED
• Para los faros LED del tipo "LEDs a la vista", se ha
implementado hace poco una mejora denominada Matrix
Beam. Consiste en un conjunto de LEDs activables
individualmente (encendidos o apagados por
modulación de ancho de pulso) instalados de acuerdo a
una configuración determinada y fijadas en un soporte.
La PWM hace posible adaptar la luz en tiempo real a las
circunstancias, de modo que se tiene y luz corta o larga,
pero también es posible una modulación de la intensidad
luminosa en la distribución del haz de luz.
• Este sistema no requiere de mecanismos móviles para
adaptar la luz a las condiciones de operación y en
coordinación con los sensores correspondientes del
automóvil y el control inteligente de la iluminación hace
posible una luz larga sin deslumbramiento.

FAROS LED
• Componentes del sistema

FAROS LED
• Ventajas
• Las luces de ledes son prácticamente para toda la vida ya que duran
hasta 100.000 horas, lo que supone aproximadamente unos 20 años
de uso habitual
Electricidad
 Su consumo es
muy bajo ya que
son muy
eficientes
 Solo se pierde
entre un 10% y
un 20% del total
de su energía en
forma de calor.

LA TECNOLOGÍA DE ILUMINACIÓN LASER
• Hace poco se ha incorporado la tecnología de iluminación laser
en la producción en serie. El BMW i8 está dotado de diodos
laser, los que emiten una luz blanca diurna.
 Los faros con
tecnología
laser de la
BMW tienen
un alcance de
600 metros,
es unas
10000 veces
mas claro que
la iluminación
convencional

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