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faro laser audi r8 2015

¡Atento!, esta es la historia de la iluminación automotriz: Desde las velas hasta el láser

A pesar de los 100 años en los que el hombre lleva fabricando vehículos a motor, la tecnología que los mueve no ha variado mucho hasta la llegada de los motores eléctricos. Vale que se han mejorado rendimientos, consumos, materiales, pero los motores térmicos de los coches siguen atados a las mismas leyes que los definieron cuando todavía funcionaban a vapor. Con todo, el automóvil sigue sin ser el estandarte de rendimiento de este tipo de motores.

Los motores de grandes buques, capaces de funcionar a tan pocas revoluciones que harían que tu coche se calase, o en general cualquier motor que gire a regímenes estables tienen mucho más rendimiento que los de tu coche.

Pero hay otros sistemas del automóvil que sí han sobrepasado a sus homólogos de otras disciplinas: La iluminación automotriz siempre ha ido un paso por delante del resto del mundo.

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La llama. la química de la luz

Los carruajes de tracción animal compartieron iluminación con los primeros automóviles. Las necesidades y velocidades que se alcanzaban era prácticamente iguales yendo a caballo que en los coches más rápidos, por lo tanto una simple vela, un candil de petróleo, aceite o cualquier cosa que ardiese era suficiente para intuir a donde nos dirigíamos. Estábamos en el punto de que tu casa, tu calle y tu coche compartían sistema de iluminación.

Sí que es cierto que a diferencia de los candiles o lámparas te tu casa del siglo XIX, las que te iban a iluminar en tu coche se desplazaban. Por ello había que protegerlas del viento pero sin restarle ese oxígeno del aire que permitían que siguiesen ardiendo y eso era un compromiso complejo.

Pero ¿Cómo y por qué ilumina una vela? Para que exista una combustión es necesario es necesario que confluyan tres elementos, un combustible, un comburente (oxígeno) y una energía de activación, lo que se llama “el triángulo del fuego”.En el caso de este tipo de lámparas el combustible se encuentra en un depósito y se pone en contacto con el oxígeno del aire de una manera controlada a través de una mecha.

Realmente ningún sólido ni líquido son realmente inflamables, lo que sí lo es son los vapores que generan en su superficie cuando ésta alcanza cierta temperatura, por eso si soplas una vela, separas esos gases de la llama y esta se apaga. Una vez alcanzada esta temperatura se produce una reacción en cadena que mantiene activa la combustión.

La combustión es una reacción exotérmica que genera energía en forma de calor. Esta energía aplicada a los componentes de carbono que tienen los combustibles hace los electrones de esas moléculas salten de órbita y emitan de nuevo esta energía en forma de calor y de un pequeño porcentaje de luz

El color de la luz de estas llamas depende de sus componentes. Esa luz es anaranjada en su mayor parte por la presencia de moléculas de carbono al rojo (que al enfriarse producen el humo característico). Otras llamas pueden ser de otros colores como el Morado del clorato de potasio, el verde del sulfato de cobre, o el azul del clorato de cobre, pero te puedo asegurar que nunca se han usado en un automóvil.

El candil, el acetileno y el carburo de calcio. El Fuego mediante agua.

No puedes sacar mucha luz de una llama fruto de la combustión del carbono. Puedes poner varias, pero por muchas que coloques en el morro de tu coche no conseguirás que la luz tenga más alcance. Por eso era necesaria conseguir una llama más intensa. En 1900 Frederick Baldwin encontró la solución.

Cuanto más exotérmica es una reacción más energía produce, si parte de ella es en forma de luz, podremos aprovecharla para iluminar. La reacción del Ca C2 o carburo de Calcio con el H2O (agua de toda la vida) genera un gas inflamable mucho más energético que la parafina, la madera o el aceite que además necesitan evaporarse o sublimarse para poder arder, el acetileno.

acetileno

La ventaja de las lámparas de carburo era que lo que quemabas era un gas, pero que se almacenaba en forma de dos reactivos uno sólido y otro líquido.

Por eso no era necesario guardarlo a presión y además la mezcla de los dos reactivos se hacía por gravedad, dejando caer gotas de agua sobre un Carburo de calcio que se vendía en las droguerías en forma de sólido.

La llama del acetileno es tan energética y luminosa que se puede utilizar para soldaduras. Parecía que la química seguía arrojando luz sobre el automóvil, o más bien delante de él.

Con la reacción del carburo de Calcio descubierta en 1836, su uso comercial empezó en 1895 y tan solo 5 años más tarde fue adoptada por la industria del automóvil de la mano de Louis Bleriot. Sus faros de carburo tenían una autonomía de 4 horas, momento en el que había que abrirlos, retirar el residuo que quedaba en el depósito, limpiar el cristal de hollín y rellenar el depósito de agua. Al final no creo que fuese un problema en coches cuya autonomía de combustible ni se acercaba al de sus lámparas, bueno, eso es algo que no ha cambiado hasta hoy en día.

La luz incandescente

Luz eléctrica. Ahí es nada. Si hasta ahora las luces eran más potentes cuanto más ardían, ahora con la capacidad que tiene la electricidad de calentar un conductor por el que circulan sus electrones hasta que emita luz nos obliga a que ese conductor no llegue a arder y así nos proporcione luz durante más tiempo. Por eso cubrimos el conductor con un bulbo de vidrio en el que se ha hecho el vacío o introducido un gas , que le mantiene alejado del oxígeno.

Volta primero y Humphry Davy después “alumbraron ” las primeras tentativas de generar luz mediante electricidad pero tuvo que ser Edison quien hiciese la tecnología usable para el gran público. Todavía faltaban 30 años para que los primeros automóviles adaptasen esta tecnología, pero a partir de ahí la industria automotriz llevaría la delantera.

En cualquier caso la luz de una bombilla no es diferente de la de una vela. Son ambas luces incandescentes fruto del “triángulo del fuego” pero si la llama de una vela tiene energía de activación sólo al principio, en una bombilla de incandescencia se mantiene esa energía durante todo el tiempo, mientras que se retira todo el comburente (oxígeno) para que el filamento metálico, generalmente de tungsteno aunque las primeras eran de carbono, no arda y se consuma.

El cambio de sistema solucionó los tres problemas que limitaban el rendimiento de los candiles y velas; la potencia luminosa, la durabilidad y el mantenimiento.

Cuestión de vatios

Más vatios más luz, porque la potencia eléctrica es el producto del amperaje de tu batería, que ronda los 60-80 amperios por hora y el voltaje, que en la mayoría de los sistemas eléctricos de los coches son 12 voltios. Las lámparas de este sistema en los coches rondan los 45-60 w para los proyectores principales y entre 5 y 20 w para el resto.

Pero cuando ese amperaje y voltaje pasan por el filamento de las bombillas lo que va a generar la luz es la capacidad del filamento a oponerse al paso de todos esos electrones que salen de a batería; la resistencia eléctrica.

Todos sabemos que un cable de cobre o uno de aluminio casi no se calientan, porque son muy buenos conductores, así que nunca producirían luz con la energía de una batería de coche.

La resistencia de un filamento depende del de la resistividad del material, en este caso un metal llamado tungsteno, y es proporcional a su longitud e inversamente a su grosor. por ello los filamentos se enrollan para poder meter más longitud y son muy finos. La resistencia también crece con la temperatura, por lo tanto cuanto más se calienta un filamento, mas resistencia produce, que a la vez genera más temperatura hasta que llega a esos 2.800 grados centígrados a los que se estabiliza.

El tamaño importa. Mejor si es halógeno

Recuerdas aquellos anuncios de los 80´s en los que se contaban las alabanzas a las bombillas halógenas. Pero ¿ Qué es un Halógeno? los halógenos son un grupo de elementos químicos entre los que están el Bromo y el Yodo; elementos que tienen la particularidad de combinarse con el tungsteno que se evapora del filamento con la temperatura y volver a depositarlo ahí. De este modo, incluyendo pequeñas cantidades de halógenos dentro de la bombilla podremos aumentar su durabilidad frente a las bombillas antiguas, en las que se hacía el vacío o se rellenaban con gases nobles como el Kriptón (sí, el de Superman).

Si además sustituimos el vidrio por un compuesto de cuarzo, más resistente e igualmente transparente, podremos aumentar la potencia sin aumentar el tamaño del bulbo. por eso la bombillas halógenas que todavía llevarás en tu coche pueden ser tan pequeñas y estar colocadas en el punto justo del faro para su regulación y optimo rendimiento.

Más temperatura, más rendimiento y una luz más blanca que las incandescentes tradicionales. Pero has de saber que la temperatura de una bombilla no es lo mismo que su temperatura de color de la que os hablaré más tarde.

Llega la era del tuning, pero como siempre, no es ORO todo lo que luce, o mejor dicho, no es AZUL todo lo que “mola”.

En los 60 llegaron las bombillas halógenas, en los 90 las lámparas de descarga de gas o de arco eléctrico conocidas como “Xenon”, momento en que algunos fabricantes intentaron tomarnos el pelo (y algunos lo consiguieron) con productos ambiguos como “Efecto Xenon”, “Super White” o “Plasma” que ni eran Xenón, ni la luz era blanca ni naturalmente tenía nada que ver con poseer “toda la potencia del plasma solar” en tu coche tuneado de segunda mano.

Estos productos además anunciaban una temperatura de 5.000 ºK o incluso más, haciéndote creer que esa bombilla comprada en Ebay era un mini reactor termonuclear. Lo siento pero no, pero antes un par de conceptos que debes conocer.

La temperatura de color

La temperatura de color es un concepto que define cómo de cálida o fría es una luz. relacionando su color con el que tendría un objeto determinado calentado a esa temperatura en grados Kelvin. De este modo la temperatura de color de una llama ronda los 1.850 grados kelvin (K), los 3.000 k de una bombilla doméstica. y los 6.000 k de una lámpara de Xenon.

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Si bien es cierto que a mayor temperatura de funcionamiento más luz, estoy hablando de la temperatura ordinaria, de esa que cuando sube te quemas y cuando baja te gotea la nariz, a mayor temperatura de color pasa casi lo contrario.

Cuestión de ojo

El ojo humano ha ido evolucionando desde hace millones de años y durante ese tiempo (salvando estos últimos 100 años) no ha tenido especial contacto con luces azules, quitando algún que otro rayo durante una tormenta.

Nuestro ojo es capaz de distinguir muy bien el color verde gracias a que tenemos más “conos” sensibles a esa color que al rojo o el azul, pero después del procesamiento de esa información más la que proporcionan los “bastoncillos” sensibles a la luz, resulta que el ojo humano es más sensible a las luces amarillas.

Por lo tanto, un vatio de luz amarilla será capaz de generar más luz que un vatio de luz azul.

¿Cómo se mide la luz?. Lúmenes o Luxes

Un vatio de luz genera una cierta cantidad de “flujo radiante”. En el Flujo radiante hay de todo, luz visible (la que nos interesa) y luz invisible (ultravioleta e infrarroja, que también están muy bien pero no para conducir) si eliminamos lo que sobra y nos quedamos con la luz visible en relación con la sensibilidad del ojo humano, hablamos de flujo luminoso y se mide en Lúmenes.

Por poner un ejemplo, una bombilla doméstica de incandescencia emite unos 1.000 lúmenes con una temperatura de color de 3.000 ºK, mientras que una lámpara de vapor de sodio como las que se usan en las autopistas ronda unos increíbles 12.000 lúmenes a menos de 2.000 ºK, ya que su luz es monocromática y concentra toda su energía en esa longitud de onda que le da ese color amarillo tan feo pero hacia el que es tan sensible nuestro ojo.

Ahora posiblemente ya entiendas el por qué de los focos amarillos de los coches de rally de los 70´s o de las llamadas bombillas “Allweather” ahora en desuso.

Generalmente estas bombillas de “alto rendimiento” entre comillas, asocian la mayor potencia con la mayor temperatura de color,

¿Efecto Xenon? No, gracias

Por esa misma razón una bombilla halógena que emita luz azul por encima de los 6.000 ºK no será mejor que una bombilla halógena estándar, sino que será peor por dos razones. La primera es que esa luz azul no es aprovechada por el ojo y en segundo lugar porque no emite luz azul, sino que emite luz blanca a través de un filtro azul y todos sabemos que un filtro azul lo que hace es absorber las longitudes de ondas amarillas (las que tienen más rendimiento) y dejar pasar al resto. Lo que quiere decir que hemos hecho un pan con unas tortas.

¿Lámparas de Xenon?. Sí, por favor

Realmente su verdadero nombre deberían ser Lámparas de descarga de alta intensidad, por su acrónimo en inglés H.I.D. Lo de Xenon viene de que efectivamente tienen ese gas en su interior pero también tienen vapor de mercurio y otros metales que hacen que el proceso de encendido y la temperatura de color sea la adecuada.

Cuando queremos seguir aumentando la potencia de nuestras lámparas y ya estamos al límite físico de un filamento incandescente, ¿Cómo conseguir más luz? Quizás tenemos que buscar algo que no pueda arder o fundirse, por mucha temperatura que alcance, quizás una arco eléctrico sería la solución, pero cómo hacer que la lámpara soporte esos 3.500 ºC (esta temperatura no es de color sino de verdad, de la que funde el acero), haciendo que lo que ilumine no sea el arco eléctrico, si no las moléculas de una serie de gases que sí son capaces de lucir con menos temperatura.

Su fundamento de funcionamiento se basa en la capacidad que tienen algunos gases de emitir luz al paso de electrones a través de sus moléculas. Como no existe filamento como en las bombillas incandescentes, la electricidad debe atravesar el espacio vacío que hay entre dos electrodos. Lo bueno es que no hay filamento que se pueda fundir, lo malo es que para eso necesitamos generar alta tensión y un arco eléctrico por medio del famoso balasto. El mismo que tenemos que cambiar en los tubos fluorescentes de la cocina de casa.

Las lámparas de sodio a baja presión de las autopistas, los tubos fluorecentes son también lámparas de descarga pero en automoción fue el BMW serie 7 en 1991 quien, de la mano de Osram instaló el primer sistema de serie para luces cortas, luego llegaron los sistemas bi-xenon para cortas y largas en sus diversas configuraciones tal y como en su día habían hecho las lámparas halógenas.

Todos estos sistemas van quedando obsoletos cada vez con más frecuencia con la llegada de las luces LED y los faros láser.

Cuando sobra potencia. Leds y Láser

¡Salud compañero!, o mejor dicho ¡¡¡ ESA LUZ , COMPAÑERO!!!. Cuántas veces nos ha deslumbrado un coche que circulaba en dirección contraria con las luces largas puestas. Y cuántas veces lo habremos hecho nosotros también.

El equilibrio entre iluminar y deslumbrar siempre ha sido tarea de dos elementos que no tenían nada que ver con la bombilla, ¿Se dice bombilla? o cómo se dice ¿Lámpara?, pero ¿Un faro es una lámpara? entonces ¿Un foco?.

Bien, antes de analizar los las luces Led y láser debemos hacer un breve alto para que sepamos cómo llamar a cada cosa.

El Faro

En automoción hemos elegido llamarle “faro” a eso que da luz delante del coche porque da la casualidad de que hay una isla al norte de Egipto que se llama “Pharos” de la que tomó el nombre una de las 7 maravillas del mundo, el Faro de Alejandría, de ahí lo tomaron el resto de faros costeros, posteriormente los faroles y farolas y ya hace poco los faros de los coches. Pero siendo técnicos, un faro es una “Luminaria”.

La Luminaria

Y una Luminaria la componen entre otras piezas las siguientes:  La lámpara como elemento que genera la luz. El reflector, que es la parte tras la lámpara con forma parabólica que la dirige. El difusor que es el vidrio o plástico que es lo único que tocamos con la mano cuando el capó está cerrado.

Cuando el difusor era de vidrio tenía una serie de relieves que permitían redistribuir la luz por medio de la difracción (cambio de dirección de la luz a través de un vidrio). Con la llegada de los difusores transparentes de policarbonato, mucho más estéticos, esa labor de reparto de la luz se realizaba únicamente con el reflector, cuya forma ya no era parabólica sino que se complicaba enormemente gracias a superficies compuestas diseñadas por ordenador.

Vamos sobrados

En este punto de la historia ya somos capaces de generar luces tremendamente eficientes lumínicamente y además con muy poca emisión de temperatura por lo que podemos poner muchas y muy juntas. Tanto que seríamos capaces de poner moreno al conductor del coche que viene en sentido contrario.

En las luces Led ya no hay filamentos incandescentes que generen temperatura, ya no hay arcos de descarga a través de gases que necesiten alta tensión, lo que tenemos es un pequeño diodo emisor de luz capaz de funcionar haciendo pasar desde solamente 2 voltios a través de un semicondutor.

Como es tan pequeño y consume tan poco, podemos agruparlos a voluntad, podríamos hasta forrar un coche entero con él.

El problema está en la regulación

Tenemos toda la potencia necesaria, pero gracias a que se alcanza por adición de elementos podemos ubicarlos donde queramos y distribuir sus haces hacia donde más nos conviene.

Opel les llama faros matriciales Intelli-Lux  y funciona apagando o encendiendo el punto de la matriz en el que se encuentra el coche con el que nos cruzamos.

BMW hace lo propio con sus Adaptive LED Headlights pero girando, encendiendo o apagando cada uno de sus proyectores:

Mercedes Benz llama a su propuesta LED Intelligent Light System que es un sistema más sencillo pero igualmente efectivo.

Todos ellos se basan en mantener una iluminación máxima en todos los puntos menos en el que se encuentra el coche que circula en sentido contrario.

Para saber dónde se encuentra en cada momento, esos sistemas están dotados de cámaras que detectan sus faros y generan un espacio de sombra a su alrededor.

Tú no notarás nada desde tu coche, y el “compañero” simplemente percibirá que tus luces están encendidas, pero que no le deslumbran. Sencillamente complejo, ¿No?

Ciencia ficción

Los audi Audi R8 LMX o  BMW i8 fueron los primeros en montar digamos “de serie” estos sistemas, si entendemos por de serie a dos coches que son tan exclusivos y caros como sus sistemas de iluminación. De momento sólo se aplica a luces de largo alcance combinadas con otros sistemas, pero se aprovechan de una característica de la luz láser que la hace única.

Audi R8 LMX 95

Si el espectro de la luz se componía de luces de muy diferentes longitudes de onda (o colores) muchas de ellas eran invisibles, por tanto inútiles.

Mientras, las lámparas de descarga de gas amarillas se centraban en las longitudes de onda que mejor aprovechaba el ojo humano. Ahora el laser cierra todavía más el lazo ya que sólo emite en una única longitud de onda por lo que es tan energético que es capaz de cortar objetos si se concentra. Si por el contrario, la dosificamos y la hacemos pasar por una película de fósforo podemos alcanzar distancias de hasta 600 metros.

Incandescencia, descarga de gas, led, láser cada sistema ha dado luz a las noches más oscuras a través del tiempo, solucionando unos problemas y generando otros. Hoy sigue sin haber un sistema perfecto e incluso los más avanzados como ha ocurrido durante toda la historia son combinaciones de los anteriores.

El presente trabaja con led y laser como las herramientas más versátiles. Pero ¿Qué vendrá después? Yo haré mi apuesta, el siguiente paso den la iluminación automotriz ya no usará luz visible, usará la otra, la que hemos despreciado durante tanto tiempo. Infrarrojos y ultravioletas serán nuestros ojos, unos ojos que ya no verán el mundo por ellos mismos pero que nunca habrán visto tanto y tan lejos.

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