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CIRCUITOS AUXILIARES DEL VEHICULO TEMA: 2 SISTEMAS OPTICOS:FAROS Y PILOTOS

ndice

SISTEMA OPTICO 1 1. Faros principales 1

2. Tipos de reflectores faros principales. 2 2.1. Reflector parablico 2 2.2. Reflector de superficie compleja (SC) 3 2.3. Reflector elptico 4 2.4. Reflector Polielpsoidal 5 2.5. Reflectores para faros antiniebla. 6

3. Sistema ptico de los pilotos 6 3.1 Luz antiniebla trasera lser 8

4. La fuente luminosa 8 4.1. Lmparas de incandescencia (lmpara de vaco) 9 4.2. Lmparas de halgeno 9 4.3. Lmparas de descarga de gas 10 4.4. Lmparas LED. 11

CIRCUITOS AUXILIARES DEL V. ELECTROMECANICA DE VEHCULOS TEMA: 2

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SISTEMA OPTICO

1. Faros principales Aunque en un principio se utilizaron proyectores de dispersor mvil, en los

aos 80 esta tecnologa evoluciona con los proyectores de dispersor fijo, que elimina la carcasa siendo el propio reflector el que asume la funcin. Esta tecnologa surge para solucionar el problema de la unin de los proyectores a la carrocera.

Estos proyectores se componen de un mdulo completo, formado por el sistema ptico, el corrector de profundidad y el piloto.

Un sistema ptico est compuesto de 4 elementos fundamentales: 1. El reflector tiene por objeto es captar la mayor cantidad posible de luz y ordenar los rayos del haz de luz emitido por la fuente luminosa (lmpara), para proyectarlos en una sola direccin y conseguir el mximo alcance posible. En el reflector se encuentra el alojamiento de la lmpara, dependiendo del tipo de bombillas y del casquillo que tenga tendrn un posicionamiento nico. 2. El dispersor que tienen la tarea de desviar con precisin la luz emitida por los reflectores y agruparla en un haz para lograr el efecto luminoso deseado sobre la calzada. Aunque en un principio estaban fabricados de vidrio prensado, con un alto grado de pureza y exento de burbujas y aguas. En la actualidad se ha sustituido el vidrio (pesado,


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poco flexible y frgil) por un material plstico (policarbonato protegido por un barniz resistente a los UV), ligero, resistente y que permite prcticamente todas las formas de moldeo, incluso las ms elaboradas y complejas. Dependiendo de la tecnologa utilizada, puede ser de diseo estriado, asumiendo la distribucin del haz luminoso (ej. Peugeot 106) o liso, en este caso el cristal de plstico solo tiene una funcin de proteccin y esttica. 3. La mscara proporciona un aspecto de continuidad entre el reflector y el cristal. Esta pieza tiene una funcin esttica y no se encuentra en todos los modelos de proyector. 4. El portalmparas en la mayora de los casos va unido directamente a los cables de alimentacin del faro. 5. La carcasa o soporte del conjunto.

El corrector de profundidad permite regular el haz luminoso de cruce en funcin de la carga del vehculo, las ltimas generaciones de proyectores tienden a incorporar correctores elctricos, abandonndose definitivamente los de mando neumtico e hidrulico.

En algunos casos, el mdulo incluye un sistema de limpia-proyectores. En esta generacin de proyectores con carcasa, el cristal es fijo.

El reglaje se realiza desde el interior del proyector mediante el desplazamiento del reflector, por medio del tornillo de reglaje previsto al efecto.

Esta tecnologa permite optimizar la unin del proyector a la carrocera, pero resulta ms costosa que la tecnologa de cristal mvil de los aos 80.

2. Tipos de reflectores faros principales. Nos podemos encontrar distintos tipos de reflectores, los parablicos, los de

superficie compleja, los elpticos y los polielipsoidales.

2.1. Reflector parablico Tiene forma parablica, generalmente dispone de una lmpara de doble

filamento (H4 oC.E.) para las funciones de cruce y carretera. Funcin carretera: La fuente luminosa (filamento de lmpara) se sita en el


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foco geomtrico de la parbola (F), de este modo, los rayos reflejados en su superficie se proyectan paralelos al eje AB del reflector.

Funcin cruce: La fuente luminosa (filamento de lmpara) se sita delante del foco geomtrico de la parbola y dispone en su parte inferior, de una pantalla ligeramente inclinada denominada tapa-luz, con la funcin de suprimir los rayos luminosos que se reflejaran en la mitad inferior del reflector, que son los que generan el deslumbramiento de los vehculos que circulan en sentido contrario. Esta particularidad de la funcin de cruce, supone desgraciadamente la perdida de la mitad del flujo luminoso emitido por la lmpara.

La fuente luminosa C situada delante del foco (F) de la parbola y con el tapa-luz D, proporciona un haz de luz asimtrico dirigido hacia abajo (convergente) y limitado por un corte limpio no deslumbrante.

Las lmparas de doble filamento (H4 o C.E.) para las funciones de cruce y carretera, se posicionan dentro del reflector por medio de un casquillo metlico en posicin nica, de modo que, el filamento de carretera coincida con el foco de la parbola, mientras que el de cruce se sita por delante del foco. El reflector parablico se utiliza indistintamente en aplicaciones de iluminacin y sealizacin.

2.2. Reflector de superficie compleja (SC) La superficie compleja es una configuracin particular del reflector,

obtenida mediante el clculo por ordenador de aproximadamente 50.000 puntos (sucesin de pequeas superficies reflectantes), que definen la superficie total del espejo reflecto). Por medio de procedimientos matemticos especiales (HNS Homogeneous Numericall y Calculated Surface) y programas luminotcnicos especialmente desarrollados (CAL Computer Aided Lighting), el ordenador determina la posicin especfica de todos los puntos y define el diseo final del objeto (forma de la superficie reflectora).

Cada uno de estos puntos de la superficie reflectante, presenta una orientacin tal que reenva la luz a la zona adecuada de la carretera, en funcin


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de la aplicacin para la que ha sido desarrollado (cruce, antiniebla, carretera, etc.).

Con distancias focales pequeas, estas tcnicas permiten acomodar en el espacio constructivo de un reflector parablico convencional (lmpara H4), tres reflectores separados, para luz de cruce, luz de carretera y luz antiniebla (lmparas H1 H2) y al mismo tiempo aumentar el rendimiento luminoso).

Esta tecnologa suprime la mascara caracterstica de la superficie parablica, utilizando toda la superficie del reflector con una distribucin de luz ptima. En la superficie compleja los 360 del reflector son aprovechados, mientras que el reflector parablico solo utiliza 195, esta particularidad, determina una ganancia de flujo luminoso de hasta un 80 % en la tecnologa de superficie compleja: 360/195 =1,8 (80% ms de flujo luminoso).

Los proyectores diseados con la tecnologa de superficie compleja, se adaptan a todas las funciones de iluminacin del automvil (cruce, carretera, antiniebla, etc.).

Con esta tecnologa la distribucin de la luz puede determinarse totalmente desde el propio reflector, es decir, sin perfil ptico en el cristal de dispersin. Los faros con cristal de cierre sin perfil ptico y difano, ofrecen nuevas posibilidades en el diseo de proyectores para vehculos.

Esta tecnologa se utiliza igualmente hoy en los pilotos de sealizacin, para los que ofrece las mismas ventajas que para los proyectores delanteros

2.3. Reflector elptico Como se desprende de su denominacin, tiene forma de elipsoide con diseo

asistido por ordenador para optimizar su superficie, lo que asegura la correcta distribucin de la luz, mejorando sustancialmente, la relacin entre la anchura del haz y la profundidad (distancia de visibilidad).

Su caracterstica fundamental es su gran capacidad para concentrar mucha luz con un reflector de pequea altura, sin embargo, necesita de una gran profundidad (168 mm.).

Situando una fuente luminosa en el foco posterior (2) de un reflector elptico, todos los haces luminosos obtenidos por reflexin en la superficie elptica, pasan necesariamente por el foco delantero (3) del elipsoide que coincide con el foco de lalente (objetivo), posteriormente el haz luminoso atraviesa la lente convergente que se ocupa de proyectar adecuadamente la luz hacia la calzada.


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La fuente luminosa esta constituida por una lmpara sin tapaluz situada

en el foco posterior del reflector (2).Se montan dos tipos de lmparas: Lmpara halgena (proyectores elpticos de cruce y antiniebla) Lmpara de descarga (proyectores elpticos de cruce)

La lente convergente (ptica de proyeccin) asegura la distribucin ptima del flujo luminoso, concentrndolo en una direccin muy precisa sobre la calzada por delante del vehculo.

La imagen del diafragma situado entre el reflector y el foco delantero (3) se proyecta por debajo de la horizontal permitiendo eliminar todo el flujo luminoso deslumbrante, de este modo, se obtiene un corte neto del haz luminoso (lmites entre la zona iluminada y la oscura definidos con total precisin).

2.4. Reflector Polielpsoidal Este proyector dispone de una configuracin diferente al proyector elptico

convencional visto en el apartado anterior.

Es un reflector diseado con la tecnologa elptica y de superficie compleja, el resultado es una superficie reflectora optimizada, en la que los haces luminosos obtenidos por reflexin, no concurren justamente en el foco delantero (3), como ocurre en los proyectores elpticos convencionales, sino que registran direcciones modificadas por el nuevo reflector.


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Los proyectores diseados con esta tecnologa, permiten disponer de un dimetro de lente ms reducido (50 mm) en relacin con un proyector elptico tradicional con lmpara de descarga.

El proyector polielpsoidal est adaptado especialmente al haz de cruce. La caracterstica esencial del faro de proyeccin es su capacidad para

concentrar mucha luz, de este modo, con una superficie de salida de luz de tan solo 28 cm2, se puede obtener distribuciones de luz iguales a las de los faros de gran superficie convencionales.

2.5. Reflectores para faros antiniebla. Los proyectores antiniebla utilizan los mismos sistemas descritos

anteriormente pero con algunas peculiaridades con el fin de separar de forma eficaz el lmite claro oscuro a fin de reducir el malestar. Mientras que por su constitucin los proyectores polielipsoidales solucionan perfectamente este problema, en los reflectores parablicos, la radiacin luminosa hacia arriba (deslumbrante) se limita por medio de un diafragma o tapa-luz y en los de superficie compleja que dispersan la luz directamente este efecto de oscurecimiento separado se obtiene mediante el diseo por ordenador.

3. Sistema ptico de los pilotos Al igual que los proyectores principales los pilotos cuentan con: reflectores,

difusor, portalmparas y carcasa Los reflectores (que suele ser parablica) se utilizan como en los faros

principales, para desviar en direcciones prximas al eje los rayos de luz. Los reflectores se complementan segn los casos con elementos pticos difusores.


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Cuando el difusor es del tipo Fresnel, constituido por pequeos escalones o micro-prismas intermedios de aproximadamente una dcima de

milmetro, que homogeneizan la luz y la encaminan en la direccin deseada, no es necesario el reflector. Las pticas de tipo Fresnel tienen por lo general menor rendimiento que las pticas de reflector.

Las ventajas de este sistema son las siguientes: - Aumento del nmero de puntos luminosos sin necesidad de aumentar el

nmero de fuentes - Mejora la homogeneidad de la iluminacin - Permite utilizar pticas de poco espesor,

que reducen las prdidas de flujo y facilitan su fabricacin en molde

Los difusores micro-fresnel, encuentra aplicacin sobre todo en pilotos a integrar en espacios reducidos (piloto delantero, posterior ahumado, piloto antiniebla posterior o piloto adicional de freno)

En algunos casos se combinan los reflectores con difusores Fresnel, se trata de un sistema mixto que aprovecha las dos tecnologas anteriores (flujo reflejado y flujo directo) y se utiliza principalmente en vehculos de gama alta.

Esta tecnologa utiliza parte del flujo reflejado por un reflector esfrico o de diseo especial (paraboloide de revolucin) y parte del flujo directo emitido por la fuente luminosa (lmpara).

El diseo por ordenador permite sustituir el reflector parablico por otro de superficie compleja que integre la funcin del reparto del haz de luz, es decir, sin perfil ptico en el cristal de dispersin. La tulipa puede ser de tipo vitrine que mejora el estilo del piloto, desapareciendo el difusor.


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La lente exterior o transparencia pierde prcticamente su funcin ptica, pasando fundamentalmente a tener una finalidad esttica y de estanqueidad.

Los diferentes dispersores o transparencias teidas segn la norma exigida se integran dentro de un elemento que se denomina tulipa y que puede estar unido o no a la carcasa. En la tulipa estn colocados adems los elementos catadiptricos que en caso de fallo en la sealizacin de un vehculo, es el nico elemento que permite detectar su presencia durante la noche.

Por lo general los portalmparas estn compuestos por pistas fijadas a un soporte plstico, con un nmero igual al de bombillas mas una que corresponde a la de masa.

3.1 Luz antiniebla trasera lser La luz antiniebla trasera lser cumple una labor similar a la luz trasera

inteligente: generada por un diodo lser en la parte trasera del vehculo, presenta al vehculo posterior una seal clara y difana y de esta manera le obliga a mantener la distancia de seguridad. Con buena visibilidad, la luz antiniebla trasera lser, emitida en forma de abanico y ligeramente dirigida hacia abajo, toma la apariencia de una lnea roja sobre la calzada. Su longitud vara en funcin de la distancia al vehculo que le sigue, y a 30 metros de distancia se corresponde aproximadamente con la anchura del mismo. Ya esta seal exige al vehculo posterior inequvocamente que mantenga la distancia de seguridad, como si se tratara de una lnea de detencin.

En caso de niebla o salpicaduras por lluvia, la lnea se transforma en un tringulo: los haces de luz lser se encuentran con las partculas de agua suspendidas en el aire y se hacen visibles en ellas. La luz antiniebla trasera lser tiene en este caso el mismo efecto que un tringulo de advertencia. En general, la luz lser ofrece numerosos potenciales interesantes, tambin para su uso en los faros delanteros.

4. La fuente luminosa


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Para conseguir la iluminacin del espacio necesario por delante del vehculo, es necesario transformar la energa elctrica en luminosa, lo que se consigue mediante el empleo de los radiadores trmicos (lmparas).

La calidad de la iluminacin depende bsicamente de la calidad de la fuente luminosa, por este motivo, las lmparas son fundamentales para la seguridad de los vehculos durante la conduccin nocturna, permitiendo durante el da la correcta sealizacin del vehculo.

4.1. Lmparas de incandescencia (lmpara de vaco)

La lmpara de incandescencia con filamento de volframio pertenece al grupo de radiadores trmicos. El filamento se pone incandescente al ser atravesado por una corriente elctrica.

El rendimiento luminoso de una lmpara estndar es escaso y su vida til limitada, a causa del ennegrecimiento de la ampolla con las partculas de volframio evaporadas del filamento. Por este motivo, las lmparas de incandescencia han sido sustituidas casi completamente por lmparas de halgeno, en su funcin de fuentes luminosas para los proyectores o faros. nicamente en los servicios de sealizacin y maniobra (posicin, freno, intermitentes, marcha atrs, etc.) siguen utilizndose lmparas de incandescencia,

4.2. Lmparas de halgeno La intensidad luminosa que proporciona una

lmpara de incandescencia, depende de la temperatura que alcance su filamento, cuanto mayor sea sta, mayor intensidad luminosa se obtiene.

Simultneamente con el aumento del rendimiento luminoso, la alta temperatura del filamento, produce la vaporizacin del volframio que lo forma.

Como consecuencia las partculas metlicas del filamento son despedidas en todas direcciones,


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chocando contra las paredes de la ampolla, lo que ocasiona un ennegrecimiento de la misma, que con el tiempo se vuelve ms opaca disminuyendo la emisin del flujo luminoso. Simultneamente se reduce la seccin del filamento que se debilita de forma paulatina, acortando la vida til de la lmpara

Para paliar estos inconvenientes, las lmparas de halgeno se rellenan de gas halgeno, (yodo o bromo) que permite que la temperatura del filamento alcance casi el punto de fusin del volframio (unos 3400 0C) y por tanto un alto rendimiento luminoso.

No obstante, debido a la alta temperatura de la ampolla incluso los ms pequeos sedimentos grasos, como el contacto directo con los dedos, conducen a la formacin de depsitos que pueden atacarla y destruirla.

Este tipo de lmpara presenta la ventaja de que su potencia luminosa es muy superior a la de una lmpara convencional, con un pequeo aumento del consumo de corriente, adems, la ausencia casi total de ennegrecimiento en la ampolla, hace que su potencia luminosa sea prcticamente igual durante toda su vida.

La zona recubierta con pintura denominada escudo de luz directa, tiene la misin de suprimir el flujo luminoso directo que no es dirigido por el reflector. El empleo de la lmpara halgena en lugar de la convencional aporta un fuerte

aumento de la energa luminosa, para luz de carretera 1.200 lmenes en lugar de los 700 de la convencional y en luz de cruce 750 lmenes frente a 450.

Los faros halgenos dan mayor profundidad de visin en la luz de carretera, mientras que en la de cruce, aunque la distancia iluminada es la misma, la establecida en el cdigo de circulacin, la luz es mucho ms intensa y el haz luminoso ms ancho, lo que proporciona una mejor visin de los bordes de la calzada.

4.3. Lmparas de descarga de gas Se entiende por descarga de gas la descarga

elctrica producida al pasar la corriente elctrica a travs de un gas, proceso en el que se emite radiacin (ejemplos: lmparas de vapor de sodio para alumbrado de calles y lmparas fluorescentes para iluminacin de interiores).

Las fuentes luminosas de descarga de gas, en combinacin con los sistemas electrnicos de alumbrado que estn adquiriendo una creciente importancia para los vehculos, ya que permiten una mejor adaptacin a los hbitos visuales y una iluminacin de mayor alcance, ms clara y


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homognea de la calzada. Tienen una duracin tan prolongada que casi nunca es necesario cambiarlas en toda la vida de servicio del vehculo. Adems permiten disear faros compactos para vehculos de frontal sin resaltes.

La lmpara de descarga de gas se rellena con xenn, un gas noble, y una mezcla de haluros metlicos. Para su encendido es necesario montar un circuito electrnico auxiliar. Cuando se aplica la tensin de encendido de 10...20 kV, el gas situado entre los electrodos se hace conductor (se ioniza) y origina la formacin de un arco voltaico. Mediante la alimentacin controlada de corriente alterna (400Hz), la sustancia metlica de relleno se evapora como consecuencia del aumento de temperatura en el quemador y la lmpara emite luz.

La lmpara no suele alcanzar todo su brillo hasta unos segundos despus, cuando se han ionizado todas las partculas. Para acelerar este proceso, se hace circular una corriente de arranque ms elevada. Una vez logrado el mximo rendimiento luminoso, se limita la corriente de la lmpara. A partir de este momento es suficiente con una tensin de funcionamiento de solo 85 V para mantener el arco voltaico.

Esta tcnica presenta ventajas decisivas en comparacin con las lmparas de incandescencia: Larga duracin, puesto que no se evapora metal slido y la lmpara no tiene ningn desgaste mecnico. Alto rendimiento luminoso por la alta temperatura de la mezcla de gases (superior a 4.000 K). Mejora del rendimiento por el mayor rendimiento luminoso y el menor consumo, ya que la temperatura de funcionamiento necesaria es ms baja.

4.4. Lmparas LED. Gracias a las ventajas tcnicas, como dimensiones ms reducidas o vida til

ms prolongada, los LED se utilizan cada vez en ms campos de la tecnologa del automvil, desplazando a las bombillas convencionales.

Un LED est compuesto, esencialmente, de varias capas de conexiones semiconductoras. Las impurezas pueden influir de manera decisiva en la conductibilidad de los semiconductores.


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Si fluye una corriente en el LED en direccin del nodo + al ctodo -, el LED emite luz. En la representacin adjunta se explica el funcionamiento: La capa n est preparada mediante la incorporacin de tomos extraos, de modo que domina un exceso de electrones. En la capa p existen pocos de esos portadores electrizados De esta manera existen las llamadas lagunas de electrones (huecos). Al aplicar una tensin elctrica (+) en la capa p y () en la capa n los portadores electrizados se mueven atrayndose. En una transicin pn se produce una recombinacin de partculas con cargas opuestas originndose una formacin neutral. En este proceso se libera energa en forma de luz.

Las diferentes capas de semiconductores forman juntos el chip del LED. Del modo de composicin de esas capas (diferentes semiconductores), depende decididamente el rendimiento luminoso del LED y el color de la luz. Ese chip semiconductor se recoge en una cpsula de material plstico (lente de resina epoxi), que a su vez es responsable de la caracterstica de radiacin del LED y al mismo tiempo sirve de proteccin del diodo. El flujo luminoso emitido por una fuente LED depende de la cantidad de estos y de las caractersticas del foco, por lo tanto se habla de potencia calculada, que es igual a la suma de la potencia individual y de la potencia luminosa real.

La principales ventajas de este sistema son: - Larga vida til. - Pequeo consumo. - Reducido tiempo de reaccin en comparacin con otros las lmparas de

incandescencia convencionales, - Mejoran la visibilidad por parte de los otros conductores, mejorando la

seguridad.


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Dentro de este tipo de tecnologa cabe destacar la tecnologa OLED, diodos orgnicos, ms econmicos, delgados y flexibles, que permiten mejores desarrollo y mayor potencia lumnica.

Al contrario que los LED actuales, la tecnologa OLED utiliza un material orgnico que en su estado de partida es pastoso; se extiende una capa muy fina (del orden de micrmetros) sobre una superficie extremadamente plana y pulida. Con tan slo aplicar una tensin elctrica, las molculas contenidas en la pasta emiten fotones y la superficie se ilumina. Dependiendo de la distribucin de la tensin, el resultado es homogneo, con efectos de claroscuro especficos o tambin con movimiento dinmico.


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Las superficies OLED slo se pueden doblar hasta un radio relativamente pequeo, lo que limita su utilizacin en amplias superficies de la carrocera. Sin embargo, resultan muy indicadas para su uso en el interior del vehculo o en las luces traseras. A modo de prueba, los ingenieros de Audi han construido una unidad luminosa en la que se han colocado de pie varias superficies OLED una tras otra: los efectos tridimensionales son fascinantes. Debido a que el material resiste un mximo de tan slo 80 C, las luces OLED requieren un sofisticado sistema de gestin trmica.

El diodo lser es un dispositivo semiconductor similar a los diodos LED pero que bajo las condiciones adecuadas (emisin estimulada) emite luz lser. Los diodos de rayos lser desarrollados por BMW y la japonesa Nichia son un 70% ms eficientes que los diodos OLED, adems de 1.000 veces ms brillantes y 100 veces ms pequeos (slo una centsima de milmetro), lo que bsicamente cambiar las normas de diseo tal y como las conocemos. Ya no har falta reservar profundas cavidades para los grupos pticos, y dada la forma en la que se puede concentrar la luz de un haz lser, BMW podra alterar de forma radical el aspecto de sus coches, al no ser necesario concentrar su luz en forma de dos "ojos" separados por una calandra.

http://www.youtube.com/watch?v=h29SwJDXMBc


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