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Tecnología lumínica: Fundamentos

Aquí encontrará útiles conocimientos y prácticos consejos relacionados con las tecnologías de la iluminación y las fuentes lumínicas de los vehículos.

La tecnología lumínica desempeña un papel muy importante en el vehículo, ya que cuida de la seguridad del conductor y también de la seguridad de los demás usuarios de la carretera. En esta página le explicamos los fundamentos de la tecnología lumínica y le mostramos los componentes y el funcionamiento de las fuentes lumínicas más habituales. Además, también conocerá los motivos por los que falla una fuente lumínica y le daremos prácticas recomendaciones para poder sustituirla.

Importantes instrucciones de seguridad
La siguiente información técnica y los consejos prácticos aquí descritos han sido elaborados por HELLA con el fin de ayudar de manera profesional a los Talleres del automóvil en su trabajo diario. La información facilitada en esta página web está pensada solamente para personal debidamente cualificado y con formación específica.

 

CONCEPTOS LUMINOTÉCNICOS: FUNDAMENTOS

Aquí se muestra una visión general de los conceptos básicos más importantes acerca de la tecnología de la iluminación, así como de sus unidades de medida, con el fin de evaluar las propiedades de las lámparas, los pilotos y los faros:

Flujo lumínico Φ

Unidad: Lumen [lm]

 

Se denomina flujo lumínico F a la potencia lumínica total emitida por una fuente de iluminación.

Intensidad lumínica I

Unidad: Candela [cd]

 

La intensidad lumínica es parte del flujo lumínico que se emite en una dirección determinada.

Potencia lumínica E

Unidad: Lux [lx]

 

La potencia lumínica E indica la relación entre el flujo lumínico incidente y la superficie a iluminar.

 

La potencia lumínica alcanza 1 lx cuando un flujo lumínico de 1 lm incide de manera homogénea sobre una superficie de 1 m².

Luminancia L

Unidad: Candela por metro cuadrado [cd/m2]

 

La luminancia L es la impresión de claridad que el ojo recibe de una superficie iluminada o que ilumina.

Rendimiento lumínico ŋ

Unidad: lumen por vatio [lm/W]

 

El rendimiento lumínico h indica la rentabilidad con la que la potencia eléctrica suministrada se transforma en luz.

Temperatura del color K

Unidad: Kelvin [K]

 

Kelvin es la unidad de temperatura del color. Cuanto más elevada es la temperatura del color de una fuente lumínica, mayor es la parte azulada de su espectro cromático, y menor es la parte de color rojizo.

 

Una lámpara incandescente de luz blanco cálido tiene una temperatura de color de aprox. 2700 K. Sin embargo, una lámpara de descarga de gas (D2S), con 4250 K, posee una luz blanca fría que se parece mucho al color de la luz natural del día (aprox. 5600 K).

FUENTES LUMÍNICAS: VISIÓN GENERAL

Las fuentes lumínicas son emisores térmicos que generan luz gracias a la energía calorífica. Esto significa que, cuanto más se caliente una fuente lumínica, mayor será su intensidad lumínica.

 

Sin embargo, el bajo grado de efectividad de los emisores térmicos (8% radiación lumínica) proporciona un rendimiento lumínico relativamente bajo en comparación con las lámparas de descarga de gas (28% radiación lumínica). Desde hace poco tiempo, los LEDs también se utilizan como fuente de iluminación en los vehículos.

Lámpara incandescente

Las lámparas incandescentes (lámparas de vacío) pertenecen al grupo de los emisores térmicos, ya que el filamento en espiral de wolframio se vuelve incandescente por medio del suministro de energía eléctrica.

 

Como ya se ha mencionado, las lámpara estándar tienen un bajo rendimiento lumínico. A ello se le añade el hecho de que, debido a la evaporación de las partículas de wolframio, reconocible en el ennegrecimiento que provoca en la ampolla de la lámpara, se reducen todos sus valores luminotécnicos y su vida útil también se ve reducida.

Lámpara halógena

La lámpara halógena ofrece numerosas ventajas frente a la clásica lámpara incandescente. Al añadir pequeñas cantidades de átomos halógenos, como p.ej. de yodo, se puede reducir el ennegrecimiento de la ampolla de la lámpara.

 

Gracias al llamado "ciclo o proceso circular", las lámparas halógenas pueden funcionar a mayor temperatura con la misma vida útil, y ofrecen, por tanto, un mayor grado de efectividad.

EL CICLO DE UNA LÁMPARA HALÓGENA

Mediante el suministro de energía eléctrica, el filamento en espiral de wolframio se vuelve incandescente. Esto provoca la evaporación de los metales del filamento en espiral. Mediante un relleno halógeno (de yodo o bromo) en la lámpara, la temperatura del filamento espiral aumenta hasta alcanzar casi el punto de fusión del wolframio (aprox. 3400 °C).

 

Así se obtiene el elevado rendimiento lumínico. El wolframio vaporizado se une al gas de relleno directamente junto a la pared caliente de la ampolla, formando un gas translúcido (haluro de wolframio). Sin embargo, si el gas vuelve a acercarse al filamento, se descompone debido a la alta temperatura de éste y forma una capa uniforme de wolframio.

 

Para que el ciclo pueda continuar, la temperatura exterior de la ampolla de la lámpara debe alcanzar los 300°C. Para ello, la ampolla de cristal de cuarzo debe envolver estrechamente el filamento en espiral.
Otra de las ventajas es que se puede trabajar con una mayor presión de llenado, con lo que se contrarresta así la vaporización del wolframio.

 

La composición del gas en la ampolla también contribuye, en buena medida, al rendimiento lumínico. Al introducir pequeñas cantidades de gases nobles, p.ej. xenón, se reduce la disipación de calor del filamento.

En la actualidad existen dos clases de lámparas halógenas: Las lámpara H1, H3, H7, H9, H11, HB3 tiene un sólo filamento incandescente. Se emplean para la luz de cruce y la luz de carretera. La lámpara H4 tiene dos filamentos incandescentes, uno para la luz de cruce y otro para la luz de carretera.

 

El filamento de incandescencia para la luz de cruce está provisto de una cubierta. Su función es cubrir la parte de la luz que deslumbra y crear el corte de luz vertical.

 

Las lámparas H1+30/50/90 y H4+30/50/90 son perfeccionamientos de las lámparas convencionales H1 y H4 con un relleno de un gas protector.

Ventajas / Diferencias de las lámparas halógenas frente a las lámparas estándar

  • El filamento de incandescencia es más fino
  • Puede funcionar con temperaturas más elevadas
  • Mayor luminancia, hasta un 30/50/90% más entre
  • 50 y 100 metros delante del vehículo y una iluminación de la carretera de hasta 20 metros de alcance
  • Mayor seguridad en la conducción, incluso de noche o con mal tiempo

 

La lámpara H7 posee, en comparación con la H1, una mayor densidad lumínica, un menor consumo de energía y una mejor calidad de la luz. También están disponibles como H7+30/50/90.

Lámparas halógenas de color azul

Desde hace algún tiempo, las lámparas halógenas también están disponibles con una estética de color azul. Frente a las lámparas halógenas convencionales estas lámparas ofrecen una luz de color azulado (hasta 4000 K), por lo que su luz es muy similar a la luz natural del día. Para el ojo humano, esta luz parece más luminosa y llena de contrastes. Estas características deberían contribuir a una conducción más descansada, por lo que se podría circular durante más tiempo. Sin embargo, esta impresión es subjetiva.

 

Si realmente se desea una mayor potencia lumínica, deberían utilizarse las lámparas +30/50/90.

Pilotos intermitentes

Para los pilotos intermitentes, hasta ahora se utilizaban lámparas con la ampolla lacada en color ámbar. Para aquellos conductores preocupados por la estética existen las lámparas Magic Star (de efecto espejo) para pilotos intermitentes. Cuando están apagadas, pasan desapercibidas dentro del reflector plateado. Cuando se encienden es cuando proporcionan su característica luz ámbar con la luminosidad habitual.

 

Gracias al empleo de distintas capas de interferencias sobre la ampolla de la lámpara se apagan algunas zonas del espectro lumínico, que son emitidas por el filamento incandescente. De esta manera, sólo la parte de color ámbar atraviesa las capas y se hace visible.

Lámparas de descarga de gas

Las lámparas de descarga de gas generan luz de acuerdo con el principio físico de la descarga eléctrica. Mediante la aplicación de una tensión de encendido por parte de la bobina de reactancia (hasta 23 KV en la 3ª generación de balastros de HELLA), el gas se ioniza entre los electrodos de la lámpara (rellenado de gas noble de xenón y una mezcla de metales y haluros de metales), y con ayuda de un arco voltaico se excita hasta producir luz.

 

Durante el suministro controlado de corriente alterna (aprox. 400 Hz), las sustancias líquidas y sólidas se vaporizan debido a las altas temperaturas. La lámpara no alcanza toda su claridad hasta pasados unos segundos, cuando todos los componentes se han ionizado.

 

Para evitar la destrucción de la lámpara causada por un aumento incontrolado de la corriente, ésta se ve regulada por la bobina de reactancia. Cuando se llega al rendimiento lumínico pleno, sólo se necesita una tensión de servicio (no una tensión de encendido) de 85 V para poder mantener el proceso físico. El flujo lumínico, el rendimiento lumínico, la densidad lumínica y la vida útil son considerablemente mejores que en las lámparas halógenas.

 

Las lámparas de descarga de gas reciben distintos nombres en función del modelo de desarrollo al que pertenecen: D1, D2, D3 y D4. La "D" es la sigla para "Discharge", es decir, "descarga" en inglés. Las distintas generaciones presentan grandes diferencias entre sí. Las lámparas D1, las originales lámparas xenón, llevan una zona de encendido integrada. Sin embargo, las lámparas D2 llevan un "quemador" con base y no tienen, en comparación con otros modelos desarrollados como lámparas de descarga de gas para la automoción, una ampolla protectora exterior que envuelva el tubo de descarga. Todos los desarrollos posteriores llevan una ampolla protectora UV y son, gracias a su forma exterior, más estables.

 

A menudo, la antigua lámpara D1 se confunde con la actual D1-S/R, con el módulo de encendido integrado. Las versiones actuales de las lámparas D1 y D2, así como las lámparas D3 y D4, todas ellas sin mercurio, son lámparas más ecológicas. Debido a los distintos parámetros eléctricos (tensión de combustión de 42 V en vez de 85 V para la misma potencia), las lámparas D3 o D4 no pueden ponerse en funcionamiento con las unidades de control de las lámparas D1 o D2.

Comparativa lámpara incandescente (halógena) / Arco voltaico lámpara de descarga de gas (xenón)

Comparativa lámpara incandescente halógena y arco voltaico xenón
  Lámpara halógena de incandescencia (H7) Lámpara de descarga de gas
Fuente lumínica Filamento en espiral incandescente Arco voltaico
Densidad de la luz 1450 cd/m2 3000 cd/m2
Potencia 55 W 35 W
Balance energético 8% radiación lumínica
92% radiación térmica
28% radiación lumínica
58% radiación térmica
14% radiación UV
Vida útil aprox. 500 h 2500 h
Resistente a las vibraciones en determinadas condiciones
Tensión de encendido no sí, 23.000 V (3ª Generación)
Electrónica de regulación no

 

En las lámparas se pueden ver las siguientes inscripciones

  • Nombre del fabricante
  • 6 ó 6 V, 12 ó 12 V, 24 ó 24 V indica la tensión nominal, de acuerdo con el Reglamento CEE 37.
  • H1, H4, H7, P21 W indica la denominación internacional de categoría de las lámparas según la CEE, p. ej. 55 W.
  • E1 indica el país en el que se ha aprobado y homologado la lámpara. El 1 corresponde a Alemania.
  • "DOT" significa que también está homologada para el mercado estadounidense.
  • "U" indica que es una lámpara con radiación UV reducida, de acuerdo con la CEE. Estas lámparas se utilizan, por ejemplo, en faros con dispersor de plástico.
  • La marca de autorización concedida por el organismo de homologaciones, p. ej. E1 (Oficina Federal de Automoción de Flensburg), también se indica en la lámpara, y puede ser 37 R (E1) + un número de cinco cifras, o bien (E1) + un número de tres cifras (también con caracteres alfanuméricos, ver imagen).
  • La mayoría de las lámparas disponen de una denominación codificada del fabricante. Esto permite identificar el origen del fabricante.
  • Debido a que no todas las lámparas disponen de espacio suficiente para la identificación, la legislación sólo exige la siguiente información: fabricante, potencia, marca de homologación y marca de autorización.

FACTORES QUE INFLUYEN EN UNA FUENTE LUMÍNICA: COMPARATIVA

Aunque se regenera dentro de la lámpara incandescente, el filamento de wolframio se consume poco a poco, con lo que su vida útil se ve limitada.

Factores negativos de influencia

  • Cargas mecánicas causadas por impactos y vibraciones
  • Altas temperaturas
  • Proceso de conexión
  • Picos de tensión
  • Sobretensión en la red de a bordo
  • Alta densidad lumínica debido a una extrema
  • densidad del filamento

Factores positivos de influencia

  • Presión de llenado
  • Gas de relleno

La vida útil y el rendimiento lumínico dependen, entre otros factores, de la tensión del suministro disponible.

 

La regla básica es: Si se aumenta en un 5% la tensión de suministro de una lámpara, el flujo lumínico aumenta un 20%, pero, al mismo tiempo, la vida útil se ve reducida a la mitad.

Por este motivo, en algunos vehículos se utilizaron resistencias en serie, con el fin de que la tensión de suministro no superara los 13,2 V. En los vehículos modernos se alcanza un ajuste en la tensión gracias a la modulación por ancho de pulsos.

 

Si no hay tensión suficiente, p.ej. debido a un fallo en el alternador, el caso será justo al revés. Entonces, la luz tendrá ahora una parte de color rojo notablemente mayor y el rendimiento lumínico será, por lo tanto, menor.

RECOMENDACIONES LUMINOTÉCNICAS: FUENTES LUMÍNICAS: CONSEJOS PRÁCTICOS

  • Los faros xenón necesitan para encenderse una alta tensión, y por ello, antes de realizar cualquier reparación en los faros, la conexión al suministro de tensión debe desenchufarse de la bobina de reactancia.
  • Si se monta una nueva lámpara, no debe tocarse la ampolla con los dedos, ya que éstos dejan huellas y pueden provocar un enturbiamiento de la luz.
  • Si una lámpara de xenón se rompe en un espacio cerrado (taller), debe ventilarse dicho espacio para evitar daños en la salud provocados por los gases tóxicos. Las lámparas xenón D3 y D4 ya no contienen mercurio y son, por tanto, más ecológicas.
  • Las lámparas halógenas e incandescentes estándar no contienen ninguna sustancia perjudicial para el medio ambiente y pueden desecharse en la basura normal.
  • Las lámparas xenón deben desecharse como residuos especiales. Si la lámpara no funciona y la ampolla aún está intacta, debe desecharse como residuo especial, ya que la mezcla de gas y vapores metálicos contiene mercurio y resultaría tóxica en caso de inhalación. Si la ampolla se ha roto, p. ej. a causa de un accidente, la lámpara xenón puede desecharse en la basura normal, ya que el mercurio ya se habrá evaporado.
  • En las lámparas xenón D3 y D4 se sustituyó el mercurio por el yoduro de zinc, que es inofensivo. Estas lámparas pueden desecharse en la basura normal de casa.
  • El número clave de residuo para su eliminación es: 060404.
  • Los LEDs no necesitan ningún tipo de recomendación especial ya que, normalmente, no pueden sustituirse.

CONFIGURADOR DE LÁMPARAS INCANDESCENTES: TURISMO: IDENTIFICACIÓN DE LOS RECAMBIOS

¿Falla su lámpara incandescente?

Con el configurador de lámparas incandescentes encontrará la lámpara que necesita de forma rápida y sencilla. Para saber qué lámparas son compatibles con su vehículo, seleccione la marca, el modelo y el año de fabricación de su vehículo.

 

Desde aquí se accede al configurador de lámparas incandescentes.