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UNIVERSIDAD TECNOLÓGICA EQUINOCCIAL
FACULTAD DE CIENCIAS DE LA INGENIERÍA CARRERA DE INGENIERÍA AUTOMOTRIZ
¨ANÁLISIS, DISEÑO E IMPLEMENTACIÓN DE UN BANCO DE PRUEBAS PARA CALIBRACIÓN DEL SISTEMA DE
ILUMINACIÓN FRONTAL DE UN VEHÍCULO LIVIANO, DE ACUERDO A NORMAS INTERNACIONALES ¨
TRABAJO PREVIO A LA OBTENCIÓN DE TÍTULO DE INGENIERO AUTOMOTRIZ
FERNANDO SEBASTIÁN ARELLANO AGUILAR
DIRECTOR: ING. EDWIN TAMAYO
Quito, Agosto, 2015
i
© Universidad Tecnológica Equinoccial. 2015
Reservados todos los derechos de reproducción
DECLARACIÓN
Yo FERNANDO SEBASTIÁN ARELLANO AGUILAR, declaro que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.
La Universidad Tecnológica Equinoccial puede hacer uso de los derechos correspondientes a este trabajo, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normativa institucional vigente.
_________________________
Fernando Sebastián Arellano Aguilar
C.I. 0201808615
CERTIFICACIÓN
Certifico que el presente trabajo que lleva por título “Análisis, diseño e implementación de un banco de pruebas para calibración del sistema de iluminación frontal de un vehículo liviano, de acuerdo a normas internacionales, para la Carrera de Ingeniería Automotriz de la Universidad Tecnológica Equinoccial”, que, para aspirar al título de Ingeniero Automotriz fue desarrollado por Fernando Sebastián Arellano Aguilar, bajo mi dirección y supervisión, en la Facultad de Ciencias de la Ingeniería; y cumple con las condiciones requeridas por el reglamento de Trabajos de Titulación artículos 18 y 25.
___________________
Ing. Edwin Tamayo
DIRECTOR DEL TRABAJO
C.I. 1708601461
DEDICATORIA
A la persona que me enseñó a ser quien soy, a mi amigo y compañero,
mi amado padre y a la persona que me ha acompañado desde el cielo en todas
las circunstancias de mi vida.
A personas especiales que me han apoyado a lo largo de mi vida, que
me han ayudado a seguir progresando personal y profesionalmente.
A mi abuelito Hugo dedico mi esfuerzo por haber sido ejemplo de lucha
sencillez y perseverancia, que con su cariño y consejos ha sabido guiarme para
culminar con éxito una etapa más de mi vida.
A mi tío Marcelo que con su apoyo ha contribuido incondicionalmente,
en mi formación académica y personal.
TABLA DE CONTENIDO
PAGINA
RESUMEN .......................................................................................................... X
ABSTRACT ........................................................................................................ XI
1. INTRODUCCION ......................................................................................... 1
1.1. PROBLEMA .......................................................................................................... 2
1.2. JUSTIFICACIÓN .................................................................................................. 3
1.3. OBJETIVOS DEL PROYECTO .......................................................................... 3 1.3.1. OBJETIVO GENERAL ........................................................................ 3 1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS .............................................................. 3
2. MARCO TEORICO ...................................................................................... 5
2.1. ILUMINACIÓN AUTOMOTRIZ ........................................................................... 5
2.2. VISIBILIDAD .......................................................................................................... 5 2.2.1. DESLUMBRAMIENTO ....................................................................... 6
2.3. MAGNITUDES LUMÍNICAS ............................................................................... 7 2.3.1. CANDELA (CD). ................................................................................. 7 2.3.2. LUMEN (LM). ...................................................................................... 8 2.3.3. LUX (LX). ............................................................................................ 8 2.3.4. RENDIMIENTO LUMINOSO. ............................................................. 9
2.4. ILUMINACIÓN FRONTAL AUTOMOTRIZ ....................................................... 9 2.4.1. EVOLUCIÓN EN LA ILUMINACIÓN AUTOMOTRIZ ........................ 10
2.5. TIPOS DE FUENTES LUMÍNICAS FIJAS EN EL AUTOMÓVIL ................ 14 2.5.1. BOMBILLAS INCANDESCENTES ................................................... 14 2.5.2. HALÓGENA ...................................................................................... 15 2.5.3. XENÓN ............................................................................................. 18 2.5.3.1. Funcionamiento de la lámpara de descarga de gas ......................... 19
2.5.4. DIODOS EMISORES DE LUZ (LED) ............................................... 21
2.6. FORMAS DE PROYECCIÓN DE RAYOS DE LUZ ...................................... 23 2.6.1. FOCO ADELANTE (LUZ DE CRUCE) ............................................. 24 2.6.2. FOCO ATRÁS (LUZ ALTA) .............................................................. 24
2.7. NORMAS PARA CALIBRACIÓN DE LUCES QUE RIGEN OTROS PAÍSES Y PARA ECUADOR ...................................................................................... 25
3. METODOLOGIA ........................................................................................ 27
4. ANALISIS DE RESULTADOS Y DISCUSION ........................................... 30
4.1. DISEÑO Y CONSTRUCCION BANCO DE CALIBRACIÓN DE INTENSIDAD LUMÍNICA ............................................................................................. 31
4.1.1. PARAMETROS DE DISEÑO ............................................................ 31
4.2. DISEÑO ............................................................................................................... 33 4.2.1. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA ....................................................... 33 4.2.2. DISEÑO CAJA DE MEDICION ......................................................... 38 4.2.3. SENSOR DE INTENSIDAD LUMÍNICA ............................................ 43 4.2.4. CÉLULA FOTOELÉCTRICA ............................................................. 44 4.2.5. CONSTRUCCION DEL BANCO DE CALIBRACIÓN LUMINOSA .... 45
4.3. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO ............................................................... 52
4.4. PROCEDIMIENTO DE UTILIZACIÓN ............................................................ 54
4.5. MEDICIONES Y ANÁLISIS DE RESULTADOS. ........................................ 55
4.5.1. PRUEBA CON EL QUIPO PARA LA LUZ DE HAZ DE CRUCE ............ 55
4.6. PROPUESTA PARÁMETROS DE CALIBRACION. ..................................... 59
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ............................................. 61
5.1. CONCLUSIONES ............................................................................................... 61
5.2. RECOMENDACIONES ..................................................................................... 62
BIBLIOGRAFIA ................................................................................................ 63
ANEXOS ........................................................................................................... 65
ANEXO I CALIBRACION Y NORMAS ....................................................................... 65
ANEXO 2: MONTAJE ESTRUCTURA ....................................................................... 78
ANEXO 3: MONTAJE SENSOR Y PRUEBAS ......................................................... 81
ÍNDICE DE TABLAS
Tabla 1. Evolución histórica de la iluminación. HELLA ..................................... 13
Tabla 2. Tipo s de focos halógenos. ................................................................. 17
Tabla 3. Pasos mínimos y máximos del haz de luz. ......................................... 31
Tabla 4. Distancias para la medición ................................................................ 32
Tabla 5. Esfuerzos de los aceros estructurales ................................................ 34
Tabla 6. Valores para Fc y Y ........................................................................... 41
Tabla 7. Pruebas para el haz de cruce. ............................................................ 56
Tabla 8. Tabla de medidas en candelas. .......................................................... 57
Tabla 9. Rendimiento luminoso ........................................................................ 58
Tabla 10. Propuesta de reglaje. ........................................................................ 59
ÍNDICE DE FIGURAS
Figura 1. Deslumbramiento ................................................................................ 7
Figura 2. Lámpara de carburo .......................................................................... 11
Figura 3. Lámpara led Audi R8 ........................................................................ 13
Figura 4. Lámpara incandescente .................................................................... 15
Figura 5. Luz halógena, ................................................................................... 16
Figura 6. Luz xenón. ........................................................................................ 18
Figura 7. Led alta potencia. .............................................................................. 21
Figura 8. Formas de proyección de los rayos de luz. ....................................... 24
Figura 9. Plano de la estructura metálica ......................................................... 36
Figura 10. Sumatoria de fuerzas y momentos.................................................. 37
Figura 11. Plano diseño caja de medición. ...................................................... 39
Figura 12. Desarrollo de medidas caja de medición ........................................ 40
Figura 13. Célula Fotoeléctrica ........................................................................ 44
Figura 14. Medidor de distancia laser. ............................................................. 46
Figura 15. Estructura de soporte. ..................................................................... 47
Figura 16. Mariposa de fijación. ....................................................................... 48
Figura 17. Proceso de pintura de la estructura. ............................................... 49
Figura 18. Construcción y pintura .................................................................... 49
Figura 19. Célula fotoeléctrica en la caja de medición. .................................... 50
Figura 20. Montaje de la caja ........................................................................... 51
Figura 21. Verificación del equipo en cero ....................................................... 53
Figura 22. Proceso de medición ....................................................................... 56
Figura 23. Propuesta de reglaje parámetros .................................................... 60
RESUMEN
Este trabajo analiza la iluminación automotriz, considerando que la
misma es un factor importante en la seguridad de la conducción de un vehículo,
en relación a la proyección del haz luminoso en la parte frontal del los
vehículos. Este trabajo se lo realizará de una manera fácil y sencilla de
comprender para que el mismo pueda ser leído por todas las personas que
conducen vehículos con lo cual se amplíe los conocimientos en cuanto al
mantenimiento y conducción responsable de los conductores.
Este trabajo tiene la finalidad de desarrollar un banco de pruebas para
calibración de luces de vehículos livianos y medir su intensidad, lo cual es muy
importante para mantener el sistema de iluminación con los parámetros
correctos sin generar problemas visuales, tanto para las personas que
conducen el auto, como los usuarios de las vías. También se planteará en base
a los resultados finales, normas de calibración para el medio, con calibraciones
específicas para cada tipo de fuentes lumínicas que existen en la actualidad,
conociendo sus principios de funcionamiento y propiedades; basados en la
intensidad lumínica que cada una de éstas generan, además de comprender
normas que rigen a otras naciones y los diferentes tipos de fenómenos que
produce la iluminación automotriz en los conductores
Con lo descrito anteriormente se puede generar una correcta conducción
nocturna, creando un hábito y concientizando a los parámetros a revisar para
mantener los vehículos en condiciones óptimas para el uso diario.
Al final se podrá comprender todos los tipos de fuentes lumínicas en su
funcionamiento y mediante las pruebas realizadas con el banco, las diferentes
intensidades, y se dará una propuesta para su reglaje, basado en los diversos
registros de intensidades obtenidos.
ABSTRACT
In developing this thesis will see everything that influences the automotive
lighting but mostly frontal lighting of vehicles, considering that is the main source
of both road safety and driving, this work would take place in a easy and simple
to understand so that it can be read by all persons who drive vehicles with which
knowledge is expanded in the maintenance and responsible driving for drivers.
This job takes to develop a test for calibration lights light vehicles, to
measure its intensity, which is very important for maintaining the lighting system
with the correct parameters without creating visual problems for people who
drive the car as the road users also propose based on the final results of
calibration standards for our country, with specific calibration for each type of
lamps that we have today, knowing their operating principles and properties;
based on the light intensity generated by each of these briefly knowing rules
governing other nations, additional know the different types of phenomena that
produce automotive lighting drivers, with this know how you can generate a
correct night driving, generating and raising awareness a habit to check the
settings to keep your vehicles in top condition for daily use.
In the end we have understood all types of lamps in operation and tests
conducted by the bank their differences intensities, and will give a proposal for
its adjustment, based on the different intensities recorded in the tests, to
complete this work.
.
1
1. INTRODUCCION
La iluminación de los vehículos es considerada un sistema de seguridad
y un accesorio del automóvil que ha progresado con el paso del tiempo. La
afectación de la visibilidad, cuando llueve, con la presencia de neblina, o
cuando se aproxima la noche, afecta la seguridad tanto del conductor como de
los peatones, y es que para el conductor es tan importante ver, como ser visto.
Para ver con eficiencia, convendría iluminar lo más lejos posible, pero
hay que considerar que se debe respetar a los demás conductores que vienen
en sentido contrario. El campo de visión es cada vez más preciso y más claro,
mientras de mejor iluminación se dote a un vehículo. El último avance en
iluminación lo constituyen los faros de xenón, que con un tono claro azulado
alumbran con increíble claridad y distancia, pero en los últimos días se ha
empezado a utilizar un nuevo sistema de iluminación led.
(HELLA, 2006) menciona: “El sistema de alumbrado de un coche se
constituye como uno de los apartados que más evoluciones ha experimentado
en las dos últimas décadas desde que el fabricante Hella comenzara a fabricar
en el año 1962 las primeras lámparas de halógeno (H1). Estás bombillas
reemplazaron a las de incandescencia que Osram introdujo en 1924”
La iluminación en la parte delantera está presente mediante faros de
corto y largo alcance, que pueden ser apoyados con el uso de faros antiniebla,
faros supletorios y faros cuneteros, los cuales no los tomaremos para el
desarrollo del siguiente trabajo
- Corto alcance o luz de cruce
- Largo alcance o luz de carretera
2
El alineamiento de luces es uno de los factores imprescindibles a tomar
en cuenta por razones de seguridad, tener los faros correctamente alineados,
tanto así que es uno de los puntos clave en las revisiones técnicas vehiculares.
Los faros deben iluminar con luces bajas en forma recta, manteniendo la misma
altura. Los haces de luz deben ser simétricos. El alineamiento puede hacerse
en casa, pero con mejor precisión se lo hace con un instrumento llamado
regloscopio, un aparato simple de lentes y espejos.
Muchos conductores no se dan cuenta de que su auto presenta una
iluminación deficiente hasta el momento que transitan por vías oscuras. De
ellos, pocos se toman la molestia de corregir el defecto, otros ni siquiera lo
toman en cuenta. La mala iluminación o poca visibilidad puede deberse a una
deficiencia del faro o unas luces desalineadas. Para verificar si los faros están
desalineados basta con iluminar un muro a 10 metros de distancia y observar si
los faros iluminan simétricamente en altura y lateralmente. Las luces no están
en los planes de mantenimiento regular. Solo en flotas que viajan de noche por
carretera los focos se cambian preventivamente cada 2 años o cada 50 mil Km
si es que se da el caso.
1.1. PROBLEMA
Debido a la falta de normas en nuestro medio que nos indiquen la
calibración y alineación de las luces delanteras de los vehículos, tomamos
como referencia normas que rigen este tipo de sistemas en otros países, las
cuales, dependen del tipo de sistema de iluminación que dispongamos, de los
cuales mencionamos a los cuatro tipos que disponemos en el mercado en la
actualidad: bombillas incandescentes, halógenas, xenón y led, que en nuestro
medio se las considera del mismo modo sin percatarse de sus diferencias
representativas.
3
1.2. JUSTIFICACIÓN
En base al problema planteado anteriormente, se busca desarrollar un
banco de pruebas para verificación y calibración de la iluminación frontal de los
vehículos, basado en normas internacionales en las cuales tenemos
consideraciones diferentes para cada tipo de fuente de luz que dispongamos en
el vehículo, con lo que se podrá generar una propuesta para dar ciertos
parámetros o normas, para que las mismas sean calibradas en función de los
diferentes tipos, de sistemas de iluminación, y que los mismos no afecten a los
conductores.
Con el desarrollo del banco de pruebas y el estudio de normas internacionales
respectivas, espero generar un aprendizaje más didáctico para las futuras
generaciones de la carrera de Ing. Automotriz.
1.3. OBJETIVOS DEL PROYECTO
1.3.1. OBJETIVO GENERAL
Diseñar un banco de pruebas para calibración del sistema de iluminación
frontal de un vehículo liviano, para la carrera de Ingeniería Automotriz de la
Universidad Tecnológica Equinoccial.
1.3.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS
• Investigar los diferentes tipos de fuentes de luz que hay para la
iluminación frontal de un vehículo.
4
• Conocer las diferentes características de cada uno de los sistemas de
iluminación.
• Implementar un banco de prueba del sistema de iluminación frontal para
evaluar su intensidad.
• Realizar pruebas para verificar al funcionamiento del banco de pruebas.
• Proponer normas para la calibración de intensidad de los diferentes tipos
de iluminación.
5
2. MARCO TEORICO
En el marco teórico se detallará la importancia acerca de la iluminación y
los fenómenos que intervienen en la visión, desde los fundamentos básicos y
sus conceptos, la implementación en sus inicios hasta la actualidad, pasando
por cada uno de los avances y la respectiva explicación, para una mayor
comprensión del texto.
2.1. ILUMINACIÓN AUTOMOTRIZ
La iluminación automotriz está constituida por varios dispositivos
lumínicos, instalados tanto en partes frontales, laterales y posteriores, lo que
permite proveer en el conductor la suficiente seguridad para manejar su
vehículo incluso en situaciones en las cuales no se tenga una buena visibilidad,
aumentando la misma por medio de los dispositivos lumínicos, los cuales
también generan seguridad y proveen información generales para los usuarios
de la vías.
2.2. VISIBILIDAD
(UNAM, 2009) menciona, “Es la capacidad de percepción, que nos
permite ver los objetos a determinada distancia. A menor visibilidad no se
verán objetos en la lejanía, mientras que a mayor visibilidad se verán mejor
objetos lejanos”.
Cuando la visibilidad sea mala, ésta puede ser agravada por factores del
entorno como; la noche, la niebla, el humo, la neblina, las tormentas de polvo, la
6
disminuyente luz del día por la tarde, al igual que el sol brillante, dando como
resultado una reducción global de dicha visibilidad.
Para enfrentar con seguridad todas estas condiciones, se han ido
desarrollando nuevas y mejores tecnologías en cuanto a la iluminación
automotriz, con ello se generan diferentes puntos de vista y nuevas
regularizaciones, influyendo directamente en la conducción y seguridad de los
usuarios, mejorando la visibilidad y evitando riesgos y peligros en las vías.
La mala visibilidad es uno de los principales riesgos de la conducción
nocturna. Cuando se conduce por la noche, debe poder detenerse en la
distancia y en el espacio en el que se genere una adecuada iluminación, que
debe ser la misma que producen los faros. Con las luces altas se puede ver
aproximadamente alrededor de 100 metros, pero con las luces bajas sólo
iluminan 40 metros. (Galindo R, 2012)
No se debe conducir por la noche solo con las luces laterales o de posición.
La iluminación adecuada permiten que el conductor pueda ver y ser visto
por otros usuarios de las vías.
2.2.1. DESLUMBRAMIENTO
Es la percepción visual molesta, que se genera cuando la intensidad
luminosa de un objeto es mucho mayor que la del entorno”. Este fenómeno
ocurre generalmente cuando se mira directamente a la fuente luminosa o
cuando se ve reflejado en el agua. Hay dos formas de deslumbramiento, el
perturbador y el molesto. (Domínguez E. 2012)
El perturbador consiste en la aparición de un velo luminoso que provoca
una visión borrosa, sin nitidez y con poco contraste, que desaparece en el
7
mismo momento que su causa o fuente deja de producirse. Un ejemplo claro se
produce al conducir por la noche y se aproxima un vehículo, el mismo que
utiliza las luces de largo alcance.
El efecto molesto véase en la (fig. 1.), consiste en una sensación
incómoda que se produce por la luz que al ser demasiado intensa genera una
fatiga visual.
Figura 1. Deslumbramiento (Seguridad vial Colombia 2013)
2.3. MAGNITUDES LUMÍNICAS
2.3.1. CANDELA (CD). Es la unidad de intensidad luminosa, siendo dicha
intensidad una emisión de luz en una dirección determinada. (NIST.
2014)
La unidad de intensidad luminosa es el lumen por estereorradián
(lm/sr), llamada candela. La candela o bujía, como a veces se le
conoce, se originó cuando el patrón internacional quedó definido en
término de la cantidad de luz emitida por la llama de una cierta bujía.
8
Este procedimiento no resultó del todo adecuado y se reemplazó
finalmente por el patrón de platino.
2.3.2. LUMEN (LM). El aparente brillo de una fuente luminosa cuando se
observa directamente no debe confundirse con la emisión lumínica. El
brillo de una fuente se mide en candelas por metro cuadrado (cd/m2), y a
esta magnitud se la conoce como luminancia (lumen). Es el flujo
luminoso radiado a través de un corte de 1m2 de área realizado en una
esfera opaca. (NIST. 2014)
2.3.3. LUX (LX). Es la unidad de medida del alumbrado o iluminación,
producido por un flujo luminoso de un lumen cayendo
perpendicularmente y de manera uniforme sobre una superficie de un
metro cuadrado. (NIST. 2014)
• Correspondencia Lux - Candela.
Para medir el brillo de una fuente de luz se utilizan las candelas. La
cantidad de iluminación o iluminancia que una superficie recibe depende
de la distancia de la fuente de luz y de la intensidad de la fuente, por lo
tanto esta iluminancia se mide en pies candelas o, en unidades del
sistema métrico decimal en lux.
El lux es una, unidad derivada basada en el lumen que a su vez es
una unidad derivada directamente de la candela (ecuación 1).
cd = lx × m2 [1]
Donde: cd= candela
lx= medida en luxes
9
m2= distancia en metros al cuadrado
2.3.4. RENDIMIENTO LUMINOSO. Se cuantifica en lúmenes por vatio (lm/W).
En las lámparas actuales, el rendimiento oscila entre 9 y 20 lm/W, lo que
corresponde a un consumo de 0,5 a 0,75 W por candela.”
N = (0.5 o 0.75w) por candela [2]
2.4. ILUMINACIÓN FRONTAL AUTOMOTRIZ
Conocemos como luces frontales a los dispositivos lumínicos ubicados
en el frente de los vehículos, conformadas principalmente por faros de corto y
largo alcance, también llamados luz de cruce y luz de carretera.
Por norma en los vehículos, deben haber dos tipos: las luces largas o de
carretera y las luces de cruce ambas deben estar alineadas adecuadamente
para lograr una iluminación óptima. Las de carretera son luces de gran alcance
y elevada potencia que nos ayudan tener una visibilidad máxima del camino y
sus alrededores en lo que a la conducción nocturna se refiere, y la segunda luz
denominada de cruce que dispone de menos alcance y potencia se usan para
alumbrar el camino durante el cruce con otro vehículo que viene en dirección
contraria. (Domínguez E. 2012)
En general hay dos formas de colocar estas luces en el vehículo; en un
solo faro con un el uso de dos elementos independiente generadores de luz
(larga y corta) o en faros independientes, cada uno con su respectivo elemento
de luz, uno para la luz de carretera y otro para la de cruce.
Cabe mencionar que actualmente también disponemos como parte de
las luces frontales de un vehículo las luces de circulación diurna y los
10
conocidos como neblineros, los cuales no tomaremos en cuenta para el
desarrollo de esta tesis al no estar presentes en todos los autos.
2.4.1. EVOLUCIÓN EN LA ILUMINACIÓN AUTOMOTRIZ
En los primeros vehículos del siglo XIX, el alumbrado no representaba un
papel importante, de hecho los primeros automóviles no tenían luces, debido a
que conducir de noche era arriesgado por la escasa seguridad de
funcionamiento de los vehículos, estos eran utilizados únicamente durante el
día.
(Daniel Leal, 2013) menciona “En el año 1896 surge la primera ley
sobre alumbrado automotriz, en la que se especifica la obligación a todos
los vehículos de llevar en su parte delantera a una persona con una luz,
en caso de conducción nocturna, o de una bandera”, si el uso del
automóvil se producía durante el día, para ser visto por el resto de
conductores o viandantes.
Antes de la utilización de los faros eléctricos, al principio, se utilizaron
faroles con velas, después faroles de petróleo y por último faroles de acetileno.
Los primeros faros fueron los llamados faros de carburo (figura 2),
también conocidos como lámparas de acetileno. Es un dispositivo de
iluminación por gas. Esta lámpara permite obtener una llama muy luminosa
producida por la ignición del gas acetileno que se obtiene por la reacción
exotérmica entre el carburo de calcio y agua. La lámpara consta de dos
compartimentos que se cargan con ambos reactivos (agua en el superior y
11
carburo de calcio en el inferior). Un elemento de regulación (generalmente un
grifo) permite aportar controladamente pequeñas cantidades de agua al
carburo, produciéndose el gas acetileno que se quema en una boquilla que, en
su utilización para iluminación automotriz, solía estar provista de un reflector
parabólico. (Estudio RACE, 2006)
Figura 2. Lámpara de carburo (Frederick Baldwin 1900)
Fue Peugeot, en 1904, el primero en colocar dos lámparas colgantes de
acetileno, en su parte delantera y pionero en aventurarse a utilizarlas en viajes
nocturnos. En la figura que se muestra a continuación se pueden observar
como los faros de este automóvil eran simplemente dos candiles de carburo
colocados en la parte delantera del mismo. (Estudio RACE 2006)
Con la aparición del dínamo de alumbrado, hacia el año 1908, se pudo
conseguir que el uso de los faros eléctricos se extendiera poco a poco. Pero no
sería hasta el año 1912 cuando la marca Cadillac, equipó a uno de sus
automóviles con focos. Gracias a una batería y un generador eléctrico, fueron
12
capaces de producir corriente y de dotar por primera vez de luces eléctricas
propias a un vehículo.
El proceso de mejora de la iluminación automotriz continúo su avance
hasta que en el año 1962, se crearon las luces halógenas. Estas bombillas
supusieron un gran avance ya que en lugar de disponer un filamento rodeado
de vacío, se utiliza gas halógeno consiguiendo dos ventajas importantes. En
primer lugar el filamento caliente produce una luz mucho más intensa, y en
segundo lugar el gas extiende la vida del filamento, lo que alarga en gran
medida la vida útil de la bombilla.
Los faros halógenos han sido los más utilizado a los largo de la historia
de la iluminación automotriz. En los años noventa la empresa Hella, encargada
de la fabricación de luces dió un importante paso al frente, al crear los faros de
xenón, que producen 50% más luz que las lámparas halógenas, además de
conseguir una mayor fiabilidad y disminuir el consumo de energía. En el caso
de los faros de xenón se deja atrás la tecnología basada en el calentamiento de
un filamento, para dar paso a la emisión de luz a través del plasma.
Y finalmente se llega a la luces Led, lo último en tecnología. Son luces
instantáneas, iluminan más que el xenón, se parece más a la luz diurna, lo que
permite un manejo más reposado y sobre todo un menor deslumbramiento para
el resto de conductores. Con esta tecnología, el ojo humano sufre un menor
cansancio, lo que permite tener no sólo una mejor visión, sino también le
entrega una mayor seguridad al conductor. El primer modelo en incorporar las
luces Led, fue el Lexus LS600h (para las funciones de posición y cruce),
mientras que el famoso Audi R8 (figura 3), fue pionero en incorporarlo en todas
sus funciones. (Estudio RACE, 2006)
13
Figura 3. Lámpara led Audi R8
Tabla 1. Evolución histórica de la iluminación. HELLA
AÑO SUCESO
1908 Primer faro eléctrico
1957 Distribución asimétrica de la luz
1992 Primera generación de luces xenón
1998 Proceso patentado para la fabricación de faros
1999 Creación de lámparas bi xenón
2001 Guía de aplicación para luces internas
2003 Luz de freno en etapas
2004 LED para luces de señal
2006 Luces frontales dinámicas
2008 Luces LED para faros frontales
2009 Luces con cambios de intensidad inteligentes
Fco. Leandro Arias, José Ramón Buitrón (2014), Seguridad vial
14
2.5. TIPOS DE FUENTES LUMÍNICAS FIJAS EN EL AUTOMÓVIL
2.5.1. BOMBILLAS INCANDESCENTES
Las lámparas incandescentes han sido la fuente de luz usada en todos
los elementos luminosos de señalización de un vehículo, es la fuente de luz
usada tradicionalmente, las bombillas frontales tienen una potencia de 21 a
50 vatios, produciendo un total de entre 280 y 570 lúmenes. Estas bombillas
pueden tener un casquillo de bayoneta metálico, o una base en cuña de plástico
o cristal para la interfaz física entre la lámpara y su base. (Luna J, 2011)
No obstante estos han ido cayendo en desuso por las nuevas y mejores
fuentes que en la actualidad y con los avances de la tecnología se han ido
desarrollando.
El funcionamiento de las bombillas incandescentes se genera cuando las
cargas eléctricas pasan por un filamento de cable muy fino (generalmente un
alambre de tungsteno), el cual al ser muy fino produce una mayor resistencia al
paso de los electrones, lo cual crea un choque de electrones lo que produce
que la temperatura aumente por lo cual las moléculas del metal alcanzan el
estado de incandescencia logrando que los electrones emitan fotones de luz.
(García J. 2012)
La lámpara incandescente (Figura 4) es la de más bajo rendimiento
luminoso de las lámparas utilizadas: de 12 a 18 lm/W (lúmenes por vatio de
potencia).
15
Figura 4. Lámpara incandescente (García. J. 2012)
2.5.2. HALÓGENA
La fuente de luz halógena de tungsteno es una fuente de luz muy común
para los faros delanteros en la actualidad y cumple con varias funciones de
iluminación hacia adelante. Algunos vehículos de diseño reciente usan
pequeñas bombillas halógenas para señalización y marcado exterior. (Figura 5.)
(Michael W. Davidson 1990) menciona: “La primera bombilla halógena
cuyo uso fue aprobado para el automóvil es la lámpara H1, que se presentó en
Europa hacia 1962.”
16
Figura 5. Luz halógena, (José Antonio E. 2013)
A. Filamento de tungsteno apagado.
B. Filamento encendido. La alta temperatura que presenta provoca su evaporación en
forma de vapor de tungsteno.
C. El vapor desprendido, cuando toca la superficie interior del cristal de cuarzo, se
combina con el gas halógeno que contiene la cápsula o el tubo en su interior y se
convierte en halogenuro de tungsteno.
D. El halogenuro formado tiende fluir en dirección al filamento, donde la alta
temperatura que éste presenta lo convierte de nuevo en metal tungsteno.
Al tener una temperatura de trabajo más elevada, da luz de una más
alta temperatura de color. Esto, por otra parte, le da una mayor eficacia
luminosa (10-30 lm / W).
17
Tabla 2. Tipo s de focos halógenos.
Dani Meganeboy, (2014) Luces Automotrices
Denominación
Figura Potencia(W) Características
Código europeo
40/45 2 filamentos cazoleta sobre e1 filamento. Utilización para proyectores principales con o sin filtro amarillo.
Halógena(H1)
55 , 70 y 100 1 filamento axial. Utilización para proyectores principales y auxiliares.
Halógena(H2)
55 1 filamento axial. Utilización para proyectores auxiliares (lámpara plana).
Halógena(H3)
55 1 filamento longitudinal. Utilización para proyectores auxiliares (antiniebla).
Halógena(H4)
55/60 90/100
2 filamentos cazoleta sobre e1 filamento. Utilización para proyectores principales.
Halógena(H5)
55/60 2 filamentos cazoleta sobre e1 filamento. Utilización para proyectores principales admitido solamente en proyectores halógenos escudo de luz directa.
Halógena(H7)
55 1 filamento. Utilización para proyectores principales concebido para proyectores de superficie compleja escudo de luz directa menores radiaciones de luz ultra-violeta.
18
2.5.3. XENÓN
Los sistemas conocidos popularmente como luces de xenón (figura 6) en
realidad son lámparas que en su interior contienen haluros metálicos, que
también son conocidas como lámparas HID o de descarga de alta intensidad.
Figura 6. Luz xenón. (José Antonio 2012)
Un arco eléctrico arde entre dos electrodos de tungsteno de la lámpara
de descarga de gas de xenón. El extremadamente pequeño espacio para arder
– una ampolla de cristal de cuarzo – contiene un relleno de gas xenón a alta
presión, así como mercurio y sales metálicas – en total menos de 1 mg. Para el
encendido se precisa de un impulso de alta tensión, que lo crea por medio de
un balastro electrónico. Este dispositivo se encarga acto seguido del control de
intensidad de la luz. (Vorherige 2014)
19
2.5.3.1. Funcionamiento de la lámpara de descarga de gas
La luz se genera por medio de un arco voltaico de hasta 30.000 voltios,
entre dos electrodos tungsteno situados en una cámara de vidrio, cargada con
gas xenón y sales de metales homogenizados. El arco es generado por una
reactancia o reacción que produce una corriente alterna de 400 Hz. En el
interior de la lámpara se alcanza una temperatura de aproximadamente 700 ºC.
(OSRAM, 2014)
Una vez efectuado el encendido, se hace funcionar la lámpara de
descarga de gas aproximadamente durante 3 segundos, con una corriente de
mayor intensidad. El objetivo es que la lámpara alcance su claridad máxima tras
un retardo mínimo de 0,3 segundos. Debido a este ligero retardo no se utilizan
lámparas de descarga de gas para la luz de carretera. En virtud de la
composición química del gas, en la ampolla o bulbo de la lámpara se genera
una luz con un elevado porcentaje de luz verde y azul. Esa es la característica
de identificación exterior de la técnica de luminiscencia por descarga de gas.
(Jiménez J, 2012)
Las ventajas de esta nueva generación de faros, en comparación con la
tecnología de las lámparas convencionales, son:
• Rendimiento luminoso hasta tres veces superior, con la misma
absorción de corriente. Para generar el doble de intensidad luminosa
que una lámpara convencional de 55 W, se utiliza una descarga de
gas de sólo 35 W. De esta manera se reduce el consumo
aproximadamente en un 25%.
• La vida útil es de 2.500 horas. Cinco veces más que una lámpara
halógena.
20
• Mediante una configuración especial del reflector, visera y lente se
consigue un alcance superior y una zona de dispersión más ancha
en la zona de proximidad. De esta forma se ilumina mejor el borde
de la calzada, lo cual reduce la fatiga visual del conductor.
Precauciones
• Debido a que la lámpara de descarga de gas recibe tensiones
eléctricas de hasta 30.000 voltios, es imprescindible extremar las
medidas de seguridad. El faro con cámara de descarga de gas y el
bloque de encendido tienen rótulos de aviso a este respecto.
• Debido a la alta potencia luminosa de este tipo de lámparas, se debe
evitar la observación directa y frontal del faro.
• Desconectar el borne negativo de la batería antes de proceder al
desmontaje o instalación.
• Si el faro de xenón está encendido, no tocar la instalación, la
bombilla o el enchufe sin protegerse las manos con guantes.
• No realizar tareas de mantenimiento en el faro de xenón con las
manos húmedas.
• Para encender el faro de xenón, la lámpara debe estar instalada en
su alojamiento (nunca encender el faro con la lámpara de xenón
fuera de éste).
• Asegurarse de instalar la lámpara de forma adecuada, si se instala
de forma incorrecta, pueden producirse fugas de alta tensión que
deteriorarían la lámpara y el enchufe
21
2.5.4. DIODOS EMISORES DE LUZ (LED)
Los led están siendo usados cada vez con más frecuencia en los faros
de los automóviles ya sea su procedencia de fábrica o por modificaciones
de los usuarios. Esto debido principalmente a que ofrecen una vida útil
mayor que los otros sistemas mencionados anteriormente.
Presentan una resistencia extrema a las vibraciones y permiten montarse
en alojamientos mucho más pequeños que las bombillas convencionales.
Los LED también ofrecen una mejora significante de la seguridad puesto
que estarán a su máxima capacidad en 0.2 segundos más rápidos que las
bombillas incandescentes. (Osram. 2007)
La industria automotriz ha adoptado rápidamente a los led prácticamente
en todas las funciones de iluminación tanto en camiones y autobuses, ya
que además de la rapidez de encendido y el consecuente aumento de la
seguridad, la larga vida útil de los led hacen que se reduzca el tiempo de
mantenimiento de estos vehículos.
Figura 7. Led alta potencia. Osram - Phillips - BUP electrónica (2007)
A: Ánodo B: Cátodo 1: lente/encapsulado epóxico (cápsula
plástica). 2: contacto metálico (hilo conductor). 3: cavidad reflectora (copa reflectora). 4: terminación del semiconductor 5: Yunque 6: Poste 7: marco conductor 8: borde plano
22
El funcionamiento consiste en el envío de energía a través de los
materiales conductores. Siendo más específicos, se envía un electrón a través
de la banda de conducción a la de valencia y en este proceso se pierde
energía. Esta energía perdida puede manifestarse en forma de un fotón con
amplitud, dirección y fase aleatoria. De esta manera la circulación de energía
hace que se genere luz. Sin embargo, no todo es luz sino que, al igual que las
lámparas convencionales las LEDs, también desprenden calor, pero en una
cantidad mucho menor. (Pino F. 2013)
Cuando un led se encuentra en polarización directa, los electrones
pueden recombinarse con los huecos en el dispositivo, liberando energía en
forma de fotones. Este efecto es llamado electroluminiscencia y el color de la
luz (correspondiente a la energía del fotón) se determina a partir de la banda de
energía del semiconductor. Por lo general, el área de un led es muy pequeña
(menor a 1 mm2), y se pueden usar componentes ópticos integrados para
formar su patrón de radiación. Comienza a lucir con una tensión de unos 2
Voltios.
Para la generación de energía luminosa, la energía eléctrica se
transforma en los materiales conductores, y un electrón, al pasar de la banda de
conducción a la de valencia, pierde energía, esta energía perdida se manifiesta
en forma de un fotón desprendido, con una amplitud, una dirección y una fase
aleatoria. En este proceso, la energía se transforma de energía eléctrica a
energía luminosa y esto depende principalmente del tipo de material
semiconductor. Cuando un diodo semiconductor se polariza directamente,
los huecos de la zona positiva se mueven hacia la zona negativa y los
electrones se mueven de la zona negativa hacia la zona positiva; ambos
desplazamientos de cargas constituyen la corriente que circula por el diodo.
Hoy en día se están desarrollando y empezando a comercializar ledes
con prestaciones muy superiores a las de hace unos años y con un futuro
prometedor en diversos campos, incluso en aplicaciones generales de
23
iluminación. Como ejemplo, se puede destacar que Nichia Corporation ha
desarrollado ledes de luz blanca con una eficiencia luminosa de 150 lm/W
utilizando para ello una corriente de polarización directa de
20 miliamperios (mA). Esta eficiencia, comparada con otras fuentes de luz
solamente en términos de rendimiento, es aproximadamente 1,7 veces superior
a la de la lámpara fluorescente con prestaciones de color altas (90 lm/W) y
aproximadamente 11,5 veces la de una lámpara incandescente (13 lm/W). Su
eficiencia es incluso más alta que la de la lámpara de vapor de sodio de alta
presión (132 lm/W), que está considerada como una de las fuentes de luz más
eficientes, pero las mismas no son utilizadas en el área automotriz. (Whitaker T.
2006)
Para todas las fuentes lumínicas revisadas anteriormente se manejan los
siguientes tipos de formas de proyección de luz en su aplicación automotriz.
2.6. FORMAS DE PROYECCIÓN DE RAYOS DE LUZ
Las formas de proyección de los rayos de luz, están ligadas al
funcionamiento del faro y van de la mano para una buena calibración
dependiendo de cada tipo de fuente lumínica.
Los faros delanteros de los automóviles funcionan a partir de principios
físicos de óptica.
El espejo detrás de los focos es parabólico y el tipo de iluminación luz
alta o luz de cruce depende de la posición relativa entre el foco y el centro
geométrico del espejo parabólico. (GT sistemas e alumbrado. 2012)
24
2.6.1. FOCO ADELANTE (LUZ DE CRUCE)
Si el foco se encuentra delante del centro de la parábola, los rayos
reflejados convergen (se juntan) y luego divergen (se separan). Una pantalla
evita la reflexión de luz en la parte baja de la parábola para no iluminar hacia
arriba y cegar a los autos en contra.
2.6.2. FOCO ATRÁS (LUZ ALTA)
En este caso, el foco está entre el centro y el vértice de la parábola, por lo
que la reflexión de la luz es divergente (abierta) y genera una superficie
iluminada mas grande.
Figura 8. Formas de proyección de los rayos de luz. (Dani Meganeboy 2014)
25
2.7. NORMAS PARA CALIBRACIÓN DE LUCES QUE RIGEN OTROS PAÍSES Y PARA ECUADOR
Basados en normas que rigen ya en otros países, se busca sugerir
parámetros y normas para la calibración de luces frontales en nuestro país, con
la idea de generar en la sociedad una cultura, en lo que a este sistema se
refiere. Para lo cual se menciona las normas e investigaciones desarrolladas en
otros países.
• SAE Technical Paper Series No. 770238
• Uniform provisions concerning the approval of motor vehicle
headlamps emitting an asymmetrical passing-beam or a driving-
beam or both and equipped with filament lamps and/or light-
emitting diode (LED) modules
E/ECE/324/Rev.2/Add.112/Rev.3-E/ECE/TRANS/505/Rev.2/Add.1
12/Rev.3
• ECE high-beam maximum intensities and of two- and four-
headlamp systems
Cabe recalcar que los modelos mencionados anteriormente constituyen,
normas y estudios que rigen estos sistemas en otros países como Estados
Unidos y Europa
Estas normas se comparan con la que tenemos en Ecuador. En nuestro país no se especifica tipos de luces frontales ni calibraciones, para las mismas lo cual indica que nos hace falta una buena norma que rija el sistema de iluminación automotriz.
26
• Norma técnica ecuatoriana NTE INEN 1 155:2009
En el numeral 5.2.1.5 de la norma técnica ecuatoriana, menciona la intensidad luminosa y el reglaje de caída de faro debe ser como se indica a continuación.
a) La alineación horizontal del faro delantero será mayor o igual al 2% hacia el centro del vehiculó, excepto para vehículos de 2 o 3 ruedas.
b) La alineación vertical del faro delantero será mayor o igual al 2.5% por debajo del plano horizontal del vehiculó, excepto para vehículos de 2 o 3 ruedas.
c) La intensidad luminosa del faro delantero debe ser menor o igual a 135 candelas, metro (135 luxes).
27
3. METODOLOGIA
En este capítulo se podrá evidenciar como se va a desarrollar el banco
de prueba y todo lo relacionado para la elaboración de la misma en base a lo
explicado en el marco teórico.
Este trabajo inicia con el estudio teórico por medio de la investigación
desarrollada de la iluminación automotriz y su evolución con el paso del tiempo,
con lo que se pudo obtener datos y especificaciones técnicas de cada tipo de
fuentes lumínicas, de las que tenemos presentes en la actualidad, con esto se
obtiene los conocimientos adecuados para el correcto progreso del tema de
tesis.
De la intensidad luminosa de un vehículo depende la seguridad para la
conducción nocturna por ello una iluminación adecuada permite una visibilidad
que garantice un desplazamiento a velocidad apropiada sin llegar a caer en
riesgos de accidentalidad del conductor con otros vehículos o contra terceros
que se encuentren cruzando las vías o en zonas seguras.
Una vez especificados todos los tipos de luz los cuales vamos a tratar en
esta tesis, los cuales son las bombillas incandescentes, pasando por las luces
halógenas y las luces de xenón, hasta llegar a las luces led, las ultimas en
utilizarse en modelos de vehículos comerciales, con las diferentes
especificaciones tanto técnicas como de funcionamiento y con la consideración
que este banco a desarrollarse está destinado a vehículos livianos, se procede
a la construcción de la estructura metálica que será la encargada de dar soporte
a la caja de medición de intensidad, basados en las dimensiones y cálculos a
emplear para un correcto funcionamiento y durabilidad.
28
La caja de medición, tiene por objeto realizar la valoración de la
luminosidad de los faros frontales de un vehículo para confirmar que la misma
sea apropiada y segura para conducir en ambientes de baja luminosidad
natural.
Mediante los datos obtenidos de la investigación teórica y los datos
entendidos, y considerando de las limitaciones que tenemos en nuestro
mercado para la facilidad de disponibilidad de un u otro dispositivo electrónico
que para este trabajo se trata de un lente o célula foto eléctrica, la misma que
tiene el fin de realizar las mediciones de intensidad, se escogerá la que más se
acerque y adapte a las necesidades que se está buscando y así poder tener la
mayor exactitud en las pruebas a realizar.
Para el avance de este trabajo se desarrolló la estructura metálica la que
permite su fijación y regulación en altura para realizar las correctas valoraciones
de los faros frontales de los vehículos, la altura mínima para la medición será de
50cm y la máxima de 90cm,
Para realizar el banco de pruebas, se tomó en cuenta varios parámetros
observados en el marco teórico, como son los diferentes tipos de luces que se
tiene en la actualidad y cada uno de ellos visto desde sus parámetros técnicos,
lo que conlleva a definir y tener claro qué tipo de sensores se tiene que utilizar,
Los parámetros utilizados, se definieron desde la intensidad más baja, que son
las luces incandescentes que generan un máximo de (12 Lm/W) hasta las luces
de tecnología led que son las más potentes en razón a su intensidad que se
utilizan en la actualidad, de hasta 11 veces mayor a las incandescentes
dándonos como máximo resultado unos (150 Lm/W) para con esto poder
escoger bien nuestro medidor de luminosidad con el cual podamos realizar las
mediciones adecuadamente pasando por todo los parámetros definidos.
29
Una vez mencionados los parámetros en relación a la potencia, se puede
establecer una distancia de iluminación para cada una de las mismas,
aclarando que no es mejor la que más intensidad presenta, sino que también se
debe tomar en cuenta, que, hay que mantener normas de seguridad.
La distancia que se utilizará como base para las mediciones y pruebas a
realizar será de 20 cm que es la medida que generalmente se utiliza para la
calibración de las luces con el regloscopio, debido a que no se dispone de un
lente que concentre la luz como en el caso del regloscopio, se tomaran dos
medidas más de cada fuente lumínica con el fin de observar los parámetros de
comportamiento de las intensidades para aclaras las dudas de caída de
intensidad con relación a la distancia, y a su vez poder generar y proponer una
calibración en altura de las luces en relación a sus diferentes intensidades.
Una vez realizado el banco de pruebas se procederá a realizar las
mediciones respectivas, con esto desarrollar los análisis requeridos, y a su vez
conocer si los objetivos son alcanzables y cumplidos con el mayor excito
posible.
30
4. ANALISIS DE RESULTADOS Y DISCUSION
En este capítulo se desarrollará el banco de pruebas, los resultados y los
análisis, para la verificación de la intensidad lumínica de los diferentes tipos de
fuentes vistas en los capítulos anteriores, es decir un sensor de intensidad
luminosa encargado de medir las variaciones.
Los faros son responsables de dos tareas fundamentales y opuestas:
una es la de tratar de conseguir proyectar una luz potente que garantice una
conducción segura y que logre generar facilidad de visión al conductor, con una
cierta difusión cerca del vehículo, y que la misma no moleste a los conductores
y usuarios de las vías, es por esto que se hace necesario la incorporación de
una luz de más baja intensidad (luz de cruce), que sin molestar a los usuarios
con el llamado deslumbramiento, permita una adecuada iluminación para
mantener una velocidad adecuada, sin dejar de lado la seguridad que se debe
ser imprescindible, en la conducción.
Lo que hace indispensable y necesario un preciso reglaje de los faros,
ya que no se puede pensar solo en el conductor, este reglaje influye en la
ubicación y forma de la proyección lumínica, tanto en altura, como en
intensidad, estas normas y reglajes se pueden observar en el anexo 1 más
detallada mente, donde se explica de una forma más didáctica, todo lo
relacionado al reglaje y sus calibraciones.
31
4.1. DISEÑO Y CONSTRUCCION BANCO DE CALIBRACIÓN DE INTENSIDAD LUMÍNICA
4.1.1. PARAMETROS DE DISEÑO
Dentro de lo necesario para continuar con el desarrollo y diseño, se debe
tener claro cuáles son los parámetros de la iluminación, para el avance se
tomará lo más fundamental y que ayude al correcto entendimiento de la
iluminancia.
Iluminancia.- Describe la cantidad de luz emitida por la fuente de luz que
define sobre una superficie en este caso será el banco de pruebas, que está
encargado de informar la claridad, lo que es necesario para ofrecer una
iluminación regulada y controlada para proveer la visibilidad, seguridad y
satisfacción necesaria (RACE, 2006).
En la tabla 3 que se muestra a continuación, se puede observar los
parámetros de intensidad mínimos y máximos, de los haces de luz, los mismos
que son los permitidos y los más adecuados, para cada uno de los diferentes
tipos de fuentes lumínicas según las normativas, los mismos que están dados
en lumen.
Se aclara que no siempre la cantidad es lo más adecuado, sino la calidad
de la misma.
Tabla 3. Pasos mínimos y máximos del haz de luz.
Paso mínimo de haz de luz
150 lumen 350 lumen 500 lumen 1000 lumen
Paso máximo de haz de luz
900 lumen 1000 lumen 2000 lumen 2000 lumen
32
Distancia.- En función de distancia es importante mencionar que la
iluminación reduce a medida que la distancia de la fuente de luz aumenta, la
iluminación también presenta variaciones en cuanto a la profundidad la
variación de la misma puede modificar la percepción de profundidad. Para el
enfoque del trabajo será primordialmente con una distancia a 20 cm de la fuente
de luz hasta los 100cm, para luego proceder a realizar cálculos para determinar
la cantidad de iluminación a diferentes distancias.
En la tabla 4 que se presenta, se muestran los cuatro tipos de de fuentes
de luz que se valoraran, en el formato se tomaran los datos de la intensidad, a
las tres diferentes medidas mencionadas anteriormente.
Tabla 4. Distancias para la medición
Distancia en m
Tipo de fuente de luz Intensidad en luxes
Incandescente Halógena Xenón Led
0.20
0.60
1
Como otro de los parámetros es el de la altura que se va a medir la cual
estará desde los 50 cm a nivel del suelo hasta los 90 cm que es la altura,
considerando que este trabajo está basado en vehículos livianos, esto como
referencia para la construcción y diseño.
33
4.2. DISEÑO
El diseño se desarrolla primordialmente tomando en cuenta, aspectos
básicos y generales, como son el promedio de altura presentes del suelo a los
faros de los vehículos livianos, a los cuales va enfocado este trabajo de tesis, el
mismo, que está compuesto por una estructura metálica, la que dará el soporte
y regulación en altura al medidor de intensidad, está estructura se encarga de
soportar a la caja de medición de intensidad, que por motivos de medición debe
mantenerse fija en momento de las pruebas, para un correcto análisis de las
mismas.
4.2.1. DISEÑO DE LA ESTRUCTURA
Para el diseño de la estructura se utilizará tubos acero ASTM A36
cuadrados de 3.5cm por lado y un espesor de 0.2cm, este tipo de acero es
estructural, con buenas propiedades y de fácil manipulación, para generar un
correcto proceso en la construcción, tanto en los procesos de corte, suelda y
pintura, la construcción de la estructura, se la realizará en base a las medidas
que se muestran en el plano a continuación (figura. 9), previo desarrollo de los
cálculos que se presentan a continuación.
En la tabla 5, se muestran los valores de resistencia para cada tipo de
acero, que en el caso de este trabajo se como ya se menciono el A36 y
basados en la tabla se tomaran los datos del esfuerzo del acero, con esto
podremos desarrollar los cálculos que se muestran a continuación, basándonos
en la ecuación numero 3.
34
Cálculo de la capacidad de fuerza axial de la estructura
35
Para continuar con el desarrollo del diseño de la estructura es necesario,
realizar otros cálculos que demuestren la funcionalidad de dicha estructura,
como es, el cálculo de la sumatoria de fuerzas de la estructura, con lo que se
puede verificar que su construcción sea correcta, siempre y cuando cumpla con
las siguientes ecuaciones y cuyas graficas se muestran en la (figura 10), para
su mejor apreciación.
• La sumatoria de fuerzas en el eje Y deberá ser igual a 0, lo que indica un
equilibrio en el sistema.
[4] • La sumatoria de momentos en un punto de la estructura, dado el punto A como referencia deberá ser igual a 0, con el fin de demostrar que los momentos en cualquier punto, son 0, verificando un equilibrio estático
36
Figura 9. Plano de la estructura metálica
CALCULO SUMATORIA DE FUERZAS PARA LA ESTRUCTURA
[4] W=F1+F2+F3+F4 F1+F2=
37
F1=F4 y F2=F3
[5]
Figura 10. Sumatoria de fuerzas y momentos.
38
Realizados los cálculos y las ecuaciones en el apartado anterior y
demostrado que se cumple quela sumatoria de fuerzas y momentos, lo que
genero un resultado igual a 0 en ambos casos, su puede confirmar, que la
estructura es viable para la construcción y que desempeñara, una adecuada
función para las necesidades generadas.
Con esto ya se procederá con el diseño de la caja de medición que a se
explicara en el capitulo subsiguiente, se lo hará desde los aspectos básicos,
hasta el porqué de sus medidas.
4.2.2. DISEÑO CAJA DE MEDICION
El soporte que ha sido diseñado y expuesto será el encargado de dar el
soporte necesario y correcto, a la caja, en la cual, se encuentra el sistema para
las mediciones de intensidad luminosa, la misma que se puede observar en el
plano de la (figura 11), caja que en su interior está compuesta por un lente de
cristal en la parte frontal, que permite el paso de luz sin distorsionarlo, ni
opacarlo, para que la medida sea la más exacta posible, en el interior se
encuentra una célula fotoeléctrica, que es un sensor que mide la intensidad
luminosa, el cual se explicará específicamente más adelante; este sensor
obtiene su fuente de energía para realizar las mediciones alimentado por una
pila de 9v para su funcionamiento.
39
Figura 11. Plano diseño caja de medición.
Para las dimensiones planteadas en el plano de la (figura 11), se lo
realizó mediante los siguientes cálculos, tanto como para la longitud como para
la altura, estas medidas deberán cumplir con los requisitos que son, que la caja
sea hermética, refiriéndose a que no exista filtraciones lumínicas hacia el
interior de la misma, las que pueden generar que el sensor marque
erróneamente, y haciendo que nos e pueda mantener el sensor encerado,
cuando no sea necesario realizar pruebas, también esta caja de medición debe
ser capaz de captar la mayor cantidad lumínica en su interior como se puede
observar el esquema en la (figura12) .
40
Figura 12. Desarrollo de medidas caja de medición
3700 cd =3700cd* x y * Fc * Fs
41
Se asume x = 20 cm, dada por la forma del lente y recomendación para
lograr la hermeticidad adecuada
El factor de seguridad Fs = 0.99 o el 98% de certeza
El factor Fc= determinara la longitud de la caja
Y = la altura de la caja
Con lo que se obtiene la tabla siguiente
Tabla 6. Valores para Fc y Y
Para construcción y un mejor manejo se toma X=20cm Fc= 30cm y Y=
15cm
Estas medidas son establecidas con el fin de mantener la caja con la
luminosidad determinada y que se mantenga el mismo rendimiento luminoso
Fc Y 25 122,50 26 127,40 27 132,30 28 137,20 29 142,10 30 147,00 31 151,90 32 156,80 33 161,70 34 166,60 35 171,50
42
Esta transformación a candela se la realizará mediante la siguiente ecuación 1
vista anteriormente en las magnitudes del marco teórico, con lo cual
adicionalmente se procederá a calcular el rendimiento luminoso dada por la
ecuación 2, que está dado por 0,5 a 0.75w por candela, para esta trabajo se
tomará una media de 0.6w:
cd = lx × m2
Donde: cd= candela
lx= medida en luxes
m2= distancia en metros al cuadrado
Luxes de una lámpara incandescente (lx) = 3700
Y la distancia será tomada a la distancia de 1m = 1m2
Lo que da como resultado = 3700 candelas
Para el cálculo del rendimiento luminoso se tomará en cuenta los mismos
datos anteriores
N = 0.6w * Cd
N = rendimiento luminoso
0.6w*3700Cd = 1850 w/cd
Para medir la intensidad lumínica se utilizan sensores que miden la
misma. Estos sensores funcionan de forma que, según la intensidad luminosa
que reciben, varían sus características eléctricas dentro del circuito, estos
permiten determinar los luxes que se tienen en los faros, y de esta manera,
43
comprobar mediante el reglamento de homologación que está dentro del rango
permitido.
La caja de medición debe ser totalmente hermética para que el sensor
solo logre captar la intensidad de la luz desde la fuente requerida, evitando
tener mediciones erróneas.
4.2.3. SENSOR DE INTENSIDAD LUMÍNICA
Conocido como sensor fotoeléctrico o fotocélula es un dispositivo
electrónico que actúa al cambio en la intensidad de la luz.
Estos sensores requieren de un componente emisor que genera la luz
(en este caso uno de los diferentes tipos de fuentes luminosas), y un
componente receptor que percibe la luz generada por el emisor (célula
fotoeléctrica para nuestro uso). Todos los diferentes modos de censado se
basan en este principio de funcionamiento.
(A. Serna, 2010) menciona “Los sensores de luz se usan para detectar el
nivel de luz y producir una señal de salida representativa respecto a la cantidad
de luz detectada. Un sensor de luz incluye un transductor fotoeléctrico para
convertir la luz a una señal eléctrica”
Para el presente trabajo se utilizará una célula fotoeléctrica, que es la
más apropiadas para este banco de pruebas, con un rango de medición
bastante amplio de hasta 500 000 luxes.
44
4.2.4. CÉLULA FOTOELÉCTRICA
Es un dispositivo electrónico que permite transformar la energía lumínica
(fotones) en energía eléctrica (flujo de electrones libres), como se observa en la
(figura 13).
La célula que se implementará es de 90.000 luxes con una exactitud de
+- 5%
Figura 13. Célula Fotoeléctrica (Mercedes González, 2015).
La caja se situará separada 20 cm del faro principal del vehículo. Esta
distancia ha sido escogida tomando como referencia la distancia a la que se
debe colocar el regloscopio analógico para poder realizar el reglaje
correctamente. Puesto que este dispositivo verificará esa operación de reglaje,
45
se ha tomado la misma medida como separación para la calibración y
verificación que se realizará.
Según el reglamento de homologación E.C.E. a 25 metros: las luces de
cruce tienen que mostrar una intensidad luminosa comprendida entre 6 lux
como mínimo y un máximo de 144 lux, mientras que el haz de luz de carretera
no deberá tener una intensidad que sea menor a 32 lux ni mayor a 240 lux.
Puesto que en este trabajo se lo ejecutará con varias medidas,
adicionales a los 20 cm que se estipula como norma, hasta de un metro para
poder hacer una relación en la caída de iluminación, para con esto compararla
con las homologaciones, con lo que se analizará, para encontrar la fuente de
luz más adecuada y apropiada.
4.2.5. CONSTRUCCION DEL BANCO DE CALIBRACIÓN LUMINOSA
Mediante lo planteado anteriormente se procede a desarrollar el banco de
intensidad luminosa:
Componentes:
• Caja metálica con pantalla de cristal
• Célula fotoeléctrica
• Pantalla LCD
• Estructura para su movilidad y fijación en altura
• Medidor de distancia laser (como accesorio adicional)
46
El medidor de distancia (figura 14) laser es un dispositivo es un instrumento
electrónico de medición que calcula la distancia desde el dispositivo hasta el
siguiente punto al que se apunte con el mismo.
La precisión de estos equipos es mucho mejor que los fluxómetros
comunes que se siguen utilizando y este tipo de medidores de distancia
generan una mejor medida.
Figura 14. Medidor de distancia laser.
A continuación se describirá más detalladamente el proceso de
construcción de las partes y piezas que se utilizaran para el desarrollo de este
proyecto de tesis.
47
La construcción del la estructura se basó en el plano visto anteriormente
(figura 9) y se procedió a tomar las medidas para cortar el tubo cuadrado, en las
longitudes correctas y en los ángulos adecuados en el caso de las patas de la
estructura que darán el soporte, para luego proceder a soldarlas en los
extremos de la base para lograr el correcto equilibrio estructural, para el
proceso de suelda se utiliza suelda eléctrica con electrodo 6011, adecuado para
este tipo de material y para la carga que soportara, (figura 15).
Adicionalmente se puede observar el brazo regulable en altura para las
diferentes mediciones que en la práctica se realizaran.
Figura 15. Estructura de soporte.
48
Para su regulación en altura se lo efectuará mediante la fijación de una
mariposa en la parte posterior (figura 16), esto proveerá con el correcto anclaje
al brazo para evitar deslizamientos, una vez fijadas, y soldados todos los
componentes de la estructura, se procede a limpiar la misma de impurezas y de
principalmente de la escoria que deja el proceso de suelda, para proceder a
prepararla para el tratamiento que recibirá de pintura, el tipo adecuado de
pintura para este material y que fue utilizado fue sintético negro como se
observa en la (figura 17), adecuado para mantener y proteger al material de la
corrosión ambiental y garantizar su durabilidad
Figura 16. Mariposa de fijación.
49
Figura 17. Proceso de pintura de la estructura.
Para la construcción de la caja de medición, se tomara como base los
planos de la figura 11, el mismo que será fabricado en tol metálico, para
facilidad en construcción, manejo y costos, al igual que la estructura se le da
tratamiento en pintura, de el mismo tipo pero en este caso sintético de color
azul y verde, para proteger a la caja de factores de corrosión y garantizar un
mejor sellado, dicho proceso se lo puede observar en la (figura 18).
Figura 18. Construcción y pintura
50
Una vez finalizado el proceso de fabricacion de la caja, con sus
respectivas perforaciones par dar el alojaminto a los componentes, tanto para el
display indicador de valores, a si mismo que el boquete que permitira el ingreso
de la luz emitida por las diferentes fuentes limunicas, hacia el receptor (celula
fotoelectrica) que se utilizara para la valoracion y que es el principal elelento,
para el cumplimiento de los objetivos que lleva consigo este trabajo.
Dichos elementos se pueden observar ya colocados y dispuestos en la
caja en la (figura 19).
Figura 19. Célula fotoeléctrica en la caja de medición.
51
Construidas las partes del banco de pruebas se procede al montaje y unión de
la caja de medición, sobre la estructura que se lo hará mediante unas
abrazaderas metálicas a una altura inicial y mínima de 50cm a la base de la
caja, como se muestra en la (figura 20), medida mínima en la que se realizaran
las pruebas basados en las alturas de los vehículos.
Figura 20. Montaje de la caja
50 cm
52
Adicionalmente la caja de medición, está sujeta por un anclaje de apoyo
en la parte inferior para lograr una mayor sujeción y poder manipularla con
mayor seguridad, evitando posibles daños en la estructura y su equilibrio
Una estructura de fácil manipulación y movilidad dado por sus
características y dimensiones, y que servirá de ayuda didáctica para el
aprendizaje.
Finalizada la construcción del banco de pruebas, se procederá a realizar
las mediciones y pruebas de funcionamiento, las cuales se las harán para cada
una de las fuentes luminosas que se han expuesto en el marco teórico de este
trabajo, para verificar todos los parámetros y normativas que se tienen en la
actualidad, con las pruebas se podrá generar datos los mismos que serán
analizados y comparados para poder mencionar dentro de todos los tipos el
más recomendable para los diferentes factores de conducción.
4.3. PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO
Para las pruebas de funcionamiento, se inicia, con la verificación que el
instrumento de medición, para este trabajo mantenga el cero inicial sin la
influencia de una fuente de luz directa, de las que se procederá a medir mas
adelante, y de las cuales ya se hablo en el marco teórico, esto quiere decir que
el señor de medida, no registre ningún tipo de valores al encenderlo, como se
puede observar en la siguiente (figura 21).
53
Figura 21. Verificación del equipo en cero
En la imagen se puede observar una iluminacion total de una fuente
natural, pero se puede confirmar que aún en esta condicion, el equipo no
genera ninguna medición, lo que puede confirmar su correcta calibración, con lo
que se garantiza una medida más exacta en el momento de realizar las
pruebas.
Hay que mencionar que en el display del equipo se muestran tres digitos,
a estos valores se les debe multiplar por 100 que es la escala en la que el
dispositivo nos muestra las medidas.
Para que el medidor de distancia marque la distancia entre el faro y el
equipo se lo ha alineado a la parte frontal del mismo, para que este medidor de
distancia, tome la medida correcta, es preferible que se lo enfoque hacia una
parte que no sea el faro ya que esto genera medidas erroneas por el tipo de
materia que no es solido, se lo puede hacer midiendo en una parte de material
solido, como puede ser la carroceria alrededor de los faros.
54
4.4. PROCEDIMIENTO DE UTILIZACIÓN
Al utilizar este banco de pruebas se debe basar en ciertos
procedimientos que se mencionarán a continuación.
• Como paso principal se debe verificar que el sitio donde se va a realizar
las mediciones sea uniforme, que no presente irregularidades y que sea
totalmente plano.
• Luego se procede a ubicar la medida deseada mediante nuestro
medidor de distancia láser.
• Al obtener la distancia requerida se procede a encender el equipo,
verificando que el mismo no presente mediciones antes de encender las
luces.
• Al encender las luces del vehículo se debe confirmar que la luz que este
encendida sea la de cruce no la de carretera.
• Verificar que la iluminación de la fuente ingrese directamente en el lente
del equipo, de no ser así, proceder a regular en altura mediante la
mariposa de regulación que está en la estructura del mismo
• Una vez establecidos los puntos anteriores ya se puede observar la
medida que nos proyecta el equipo.
55
4.5. MEDICIONES Y ANÁLISIS DE RESULTADOS.
Con el equipo de comprobación una vez terminado y una vez realizadas
las pruebas de funcionamiento, se procede a realizar las medidas de intensidad
luminosa esto se lo efectuará a distintas medidas con la ayuda de un medidor
láser hay que mencionar que se debe tomar un punto de referencia ya que el
medidor no realiza la medida exacta si se lo realiza sobre la base del lente, que
es para lo que está pensando desde un principio este proyecto, el equipo
medirá dicha intensidad en luxes. En base a esto y cada valor dado se generará
una recomendación para cual del tipo de luces es el más recomendado, en
base a parámetros de visibilidad y las zonas de alumbramiento.
4.5.1. PRUEBA CON EL EQUIPO PARA LA LUZ DE HAZ DE CRUCE
Las pruebas se ejecutan solo para las luces de cruce, debido a que estas
son las principales luces con las que se debe conducir en circunstancias en las
que otros usuarios también están en las vías, puesto que son luces que no
deslumbran ni generan problemas en la visibilidad, evitando accidentes y otros
factores de peligrosidad, esta medición se puede observar en la (figura 22).
No se realiza con las luces de carretera porque la finalidad de las mismas
es alumbrar los más fuerte y a la mayor distancia posible, siempre y cuando las
vías sean de insuficiente luminosidad, esto se refiere a aquellas vías en las
cuales, mediante la visión normal, sobre un punto de vía, no se pueda leer la
56
placa de matrícula a 10 metros o simplemente en la cual no se distinga un
vehículo a 50 metros de distancia, de la ubicación en referencia.
Figura 22. Proceso de medición
A continuación se muestra la tabla, después de verificar los valores de
los diferentes tipos de fuentes lumínicas ya conocidas, y previamente explicado
que se lo realiza en luz de cruce.
Tabla 7. Pruebas para el haz de cruce.
Distancia en m
Tipo de fuente de luz Intensidad en luxes
Incandescente Halógena Xenón Led
0.20 3700 17700 61900
0.60 1600 9000 36000
1 800 5600 22400 76100
57
Mediante las pruebas efectuadas se puede observar cómo han variado
las luces en relación a su distancia y su fuente luminosa, con esto se concluye
que el avance de la tecnología aumenta la intensidad luminosa, pero a su vez
esto puede generar inconvenientes, a los otros usuarios de las vías como en el
caso de las luces de xenón y led, en lo que respecta al uso en ciudades, por lo
que no es muy recomendable este tipo de fuentes para un uso cotidiano en lo
que a conducción en la cuidad se refiere, este tipo de luces es muy
recomendable para situaciones de poca visibilidad y conducción en carretera.
. Las normas estudiadas anteriormente nos indican que el máximo de
intensidad luminosa es de 125.000cd (candelas) por lo que se debe transformar
las mediciones realizadas previamente a esta medida para determinar su
aceptación en relación a dichas normas.
Tabla 8. Tabla de medidas en candelas.
Distancia en m
Tipo de fuente de luz Intensidad en candelas
Incandescente Halógena Xenón Led
0.20 148 708 2476 NA
0.60 576 3240 12960 NA
1 800 5600 22400 76100
En la tabla previa una vez obtenidos los datos en candelas, indica la
cantidad de luz por m2 que se va a obtener en cada tipo de fuente luminosa,
con lo que se puede concluir que se obtendrá una mayor cantidad área visible
58
mientras mayor sea la intensidad, pudiendo recomendar las luces led como las
que mejor zona de alumbramiento generan, teniendo en cuanta lo mencionado
en el cuadro anterior, que la luz es aceptable mientras no influya o moleste en
la conducción de los otros usuarios de las vías.
Tabla 9. Rendimiento luminoso
Distancia en m
Tipo de fuente de luz Intensidad en candelas
Incandescente Halógena Xenón Led
0.20 148 708 2476 Rendimiento
luminoso
N
88.8
424.8
1485.6
0.60 576 3240 12960 Rendimiento
luminoso
N
345.6
1944
7776
1 800 5600 22400 76100 Rendimiento
luminoso
N
480
3360
13440
45660
Como se puede observar en la tabla anterior es muy fácil darse cuenta
de que el rendimiento luminoso es mejor mientras mayor sea la intensidad de
la luz la cual está dada en candelas, lo que se obtiene con el rendimiento
lumínico es que mayor será la visibilidad en las condiciones de menor luz
natural se tenga presente, mejorando las condiciones de seguridad, pero a su
vez se debe tener presente que a mayor luminosidad se debe ser mas
59
consientes con los usuarios de las vías, lo cual puede generar molestias como
deslumbramiento y problemas de visibilidad.
4.6. PROPUESTA PARÁMETROS DE CALIBRACION.
Para determinar los parámetros en cuanto a intensidad y caída de haz de
luz de cruce, basándose en las tablas anteriores, hay que tener presente que
se tomará las intensidades en la medida de un metro tomada con el banco de
pruebas, y se obtiene la tabla siguiente.
Tabla 10. Propuesta de reglaje.
Distancia Intensidad Inclinación del haz En cm En cd Caída en % a la altura de los faros
100 800 1,6% 100 5600 1,8% 100 22400 2% 100 76100 2,1%
El porcentaje de caída del haz de luz deberá ser de la atura tomada
desde el suelo hasta los faros principales y como referencia a los 100cm de
distancia iniciales entre el faro y el equipo esto dependerá de la altura de cada
vehículo, como se observa en la (figura 23).
El fin de esta propuesta que parecerá muy sencilla, pero con un propósito
muy importante que es evitar que con la mayor intensidad de lumínica en las
60
luces de cruce, se generen problemas en la visibilidad para todos los usuarios
de las vías, evitando el mayor conflicto de deslumbramiento, y generando una
conducción óptima y segura.
Figura 23. Propuesta de reglaje parámetros
En dicha figura se tomara a la letra d como la inclinación del haz de luz,
en el porcentaje que sea el adecuado dependiendo de la intensidad luminosa,
como se explica en la tabla 10.
61
5. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
5.1. CONCLUSIONES
Una vez culminado el desarrollo de este proyecto de tesis para la
culminación de la carrera, encuentro que todos los objetivos planteados desde
un principio quedan totalmente cumplidos y se puede concluir que:
• Se analizó, diseñó e implementó el banco de pruebas para el
sistema de iluminación frontal de los vehículos, mediante las
investigaciones realizadas, pudiendo obtener mayores
conocimientos en este campo.
• Se han conocido los diferentes tipos de fuentes lumínicas que se
poseen en la industria automotriz, conociendo los avances de la
tecnología y a su vez los conflictos que generan al aumentar sus
intensidades.
• Se mencionó las características principales de los sistemas
lumínicos, presentes hasta la actualidad, comparándoles para
conocer sus beneficios y a su vez sus problemas.
• Se ha conseguido explicar las normas actuales de homologación y
calibración para la iluminación frontal de los vehículos, con el
correcto aprendizaje y entendimiento.
• Se desarrolló un banco de pruebas para la calibración de la
intensidad luminosa correspondiente, para el adecuado y buen
funcionamiento de los mismos, con lo que se pudo realizar las
62
pruebas de medición para desarrollar, un análisis oportuno y
adecuado, con el acertado desarrollo de la práctica.
• Se probó y se verificó con éxito el adecuado funcionamiento del
banco de pruebas desarrollado, logrando cumplir con la mayor
certeza posible los objetivos planteados.
• Se entrega a la carrera de Ingeniería Automotriz de la Universidad
Tecnológica Equinoccial el banco de pruebas, que aportará para
el desarrollo de las nuevas generaciones.
5.2. RECOMENDACIONES
• Desarrollar un sistema en el cual se pueda medir las luces como un
solo conjunto.
• Se recomienda realizar un estudio del problema que causa la falta de
iluminación o una mala calibración de las luces de los vehículos en lo
que a accidentalidad se refiere. • Se recomienda que en los mantenimientos preventivos se incluya una
calibración y revisión del sistema frontal de iluminación de los
vehículos
• Se recomienda que se complemente este trabajo con un banco
adicional para la regulación en altura y de las luces frontales para
tener un mejor equipamiento en el taller.
63
BIBLIOGRAFIA
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• ALONSO, J. M. (2014). “Circuitos eléctricos auxiliares del vehículo”.
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• E/ECE/324/Rev.2/Add.112/Rev.2-
E/ECE/TRANS/505/Rev.2/Add.112/Rev.2
www.unece.org/fileadmin/DAM/trans/main/.../R117r2am2e.doc
• Wikipedia (2014). Iluminación automotriz.
http://es.wikipedia.org/wiki/Iluminaci%C3%B3n_automotriz
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http://www.verificacionnorte.com.ar/detalle.php?a=luces-reglamentarias--
-elementos-de-iluminacion&t=5&d=30
• Aficionados a la Mecánica (2014). Electricidad del automóvil
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• Javier Luna (2011). Lámparas en el automóvil
http://www.buenastareas.com/ensayos/Lamparas-En-El-
Automovil/2694985.html
• Jess Jiménez (2012) Sistema de alumbrado del vehículo.
http://www.ro-des.com/mecanica/sistema-alumbrado-del-coche-que-es/
• GT sistema de alumbrado.
https://sites.google.com/site/gtsistemadealumbrado/
• Funcionamiento. Lámparas de descarga
http://www.osram.es
• Estudio RACE (2006). Iluminación del automóvil y seguridad vial.
http://www.race.es/documents/10279/13355/INFORME+2006+Iluminació
n+automóvil/944f7d6f-c66e-4063-a2ff-9a3301b5791c
• NIST (The National Institute of Standards and Technology) 2014.
65
ANEXOS
ANEXO I CALIBRACION Y NORMAS
1. Reglaje y calibración de las luces delanteras
Para el desarrollo de este tema se consideran las normas mencionadas
en el capitulo anterior, las mismas que serán de gran ayuda para proponer
normas para calibración de los diferentes tipos de fuentes lumínicas.
La calibración principalmente en la iluminación frontal de los vehículos es
una de los puntos más importantes a tomar en cuenta, sobre todo para todo
conductor que frecuentemente conduce en las noches, considerando la
conducción en la ciudad y más todavía si se la realiza en carreteras.
1.1. Importancia de la calibración de las luces
Al ser los faros los elementos de seguridad nocturna principales, deben
estar regulados adecuadamente para evitar la pérdida o fatiga en la visibilidad,
al igual que evitar deslumbrar a los conductores de los vehículos que circulan
en sentido contrario. Un desreglaje de un grado hacia abajo de diferencia de los
parámetros indicados por el fabricante del vehículo o normas vigentes, provoca
una disminución apreciable de la eficacia luminosa de los proyectores. Por el
contrario, un desreglaje de un grado hacia arriba multiplica por 20 el nivel de
deslumbramiento.
UNECE normas Cuando los proyectores están regulador correctamente,
proyectan un haz de luz con una inclinación hacia el suelo comprendida entre -
1% y -1,5% con relación a la horizontal que pasa por el centro del proyector.
66
Una inclinación inferior al 0,5% proyecta un haz de luz demasiado alto,
provocando un deslumbramiento que produce una disminución durante varios
segundos de las facultades de visión del conductor que circula en sentido
contrario. En cambo un haz de luz con una inclinación superior al 2,5%,
proyecta un haz demasiado bajo, disminuyendo notablemente la zona iluminada
y por lo tanto la visibilidad, creando malestar e inseguridad en el conductor.
Ambas irregularidades pueden, y de hecho provocan, accidentes de tráfico que
son fácilmente evitables, por ello la sensibilización a los conductores sobre la
importancia que tiene realizar un mantenimiento periódico del sistema de
iluminación es muy importante.
1.2. Zonas de alumbrado de un vehículo
UNECE menciona en su norma. El haz de cruce deberá iluminar una
zona de no más de 40 metros por delante del vehículo, no deslumbrará a los
conductores que circulen en sentido contrario ni a los usuarios de la vía
pública y queda definido por 6 parámetros:
• Profundidad: Iluminación media en la carretera a partir de una distancia
de 60 metros.
• Confort: Iluminación sobre la superficie de la carretera entre los 30 y 60
metros.
• Anchura: Iluminación media de la calzada a lo ancho de la carretera y en
su periferia entre los 20 y 30 metros.
• Malestar: Exceso de iluminación del suelo en la proximidad del vehículo
que impide ver más lejos y causa fatiga y malestar al conductor.
• Deslumbramiento: Cantidad de luz situada de 1 a 2% por encima del
corte.
• Homogeneidad: Si el haz de luz no es homogéneo causa exceso o falta
de luz, lo que impide una buena visibilidad.
67
• Homogeneidad dinámica: Sí el haz de luz es homogéneo con el vehículo
en movimiento.
• Homogeneidad estática: Si el haz de luz es homogéneo con el vehículo
parado.
Figura 8. Haz de luz de cruce
El haz de carretera debe ser capaz de alumbrar hasta una distancia
de 100 metros por delante del vehículo y con una intensidad máxima total de
225.000 candelas y queda definido por 4 parámetros:
• Profundidad: Iluminación de la calzada a partir de 150 metros.
• Confort: Iluminación de la calzada entre los 50 y 150 metros.
• Anchura: Iluminación de la calzada entre 30 y 50 metros.
• Malestar: Exceso de luz hasta 20 metros.
68
Figura 24: Haz de luz de carretera
1.2.1. Una mala calibración de las luces puede provocar inconvenientes
En luces de cruce o de corto alcance:
• Deslumbramiento a los conductores que
circulan sentido contrario (luces muy altas).
• Perdida de visibilidad (luces muy bajas).
• Alumbrado inadecuado lateralmente.
En luces de carretera o de largo alcance:
• Perdida de visibilidad en la vía (luces muy
latas).
• Poca luminosidad a la distancia (luces muy
bajas).
• Alumbrado inadecuado lateralmente.
69
Figura 25: Reglajes
1.2.2. Calibración de las luces frontales manualmetne
Para realizar una adecuada calibración hay que tener en cuenta varios
aspectos como son el tipo de fuente de luz que se esté utilizando pero en
general todos se basan en ciertos parámetros generales
H: es la distancia entre el suelo y el centro del faro
D: es la distancia entre centros de los faros
0,1xH: es el resultado de multiplicar 0,1 por la distancia H
Figura 26: Esquema reglaje de faros. Dani Meganeboy (2014)
70
En la figura que se indica a continuación se puede observar de una forma
más didáctica como se observaría en una situación real, como se puede
observar presentan un particular el está dado por la anchura hacia el lado
izquierdo haciendo que la luz tenga una elevación hacia el lado opuesto, esto
depende de la conducción de cada país en nuestro caso por el lado derecho,
también tiene el fin de evitar el deslumbramiento a los ocupantes de las vías,
esta inclinación esta aproximada a los 15°.
Figura 27: Reglaje manual de faros
Estos ajustes también se los puede realizar en un equipo llamado
regloscopio, pero en este trabajo lo realizaremos mediante el desarrollo de
un propio banco de calibración que se lo creará basado en estos tipos de
equipos ya existentes.
Para el desarrollo se lo creará mediante los principios básicos o normas
generales que rigen para calibración de luces frontales. Como se muestra en
el gráfico, esto varía dependiendo del tipo de fuente de luz que se utilice.
1.3. Requisitos para la calibración de luces con regloscopio
UNECE menciona los siguientes parámetros “La iluminación
proporcionada por el dispositivo se determinará sobre una pantalla vertical
situada a 25 metros del faro, formando un ángulo recto con sus ejes y lo
71
suficientemente ancha como para permitir el análisis de las características
fotométricas en al menos 5 grados a ambos lados del eje vertical. Las pruebas
se hacen instalando en el faro una lámpara alimentada con un voltaje ajustable
a fin de obtener el flujo luminoso establecido en el reglamento para la lámpara
correspondiente.
El haz de cruce deberá producir una línea de corte lo suficientemente
precisa como para permitir, con su ayuda, un ajuste satisfactorio de la
proyección de haz sobre la pantalla. La línea de corte deberá ser horizontal en
el lado izquierdo (para la circulación por la derecha). En el lado derecho (para la
circulación por la derecha) la línea de corte no se situará por encima de la línea
quebrada hv-H1-H4, formada por una línea recta hv-H1 que forma 45º con la
horizontal, y la línea recta H1-H4, situada 25 cm por encima de la línea recta hh,
o la línea hv-H3, inclinada formando un ángulo de 15º por encima de la
horizontal. En las figuras a continuación que se muestra a continuación se
pueden observar las diferentes zonas de iluminación posibles a la derecha e
izquierda del haz de luz.
72
Figura 28: Zonas de iluminación del haz de luz
Una vez determinada la línea de corte horizontal, el faro se ajustará de
modo que esta línea de corte quede 25 cm por debajo de la línea hh.
La verificación de que el nivel de iluminación del haz de cruce es
correcto, se hace en varios puntos de la pantalla, según se indica en la
siguiente imagen. En esta misma figura se muestran los niveles mínimos y
máximos establecidos para dispositivos de clase B.
Figura 29: Niveles mínimos y máximos
73
Para la verificación total de que el dispositivo no deslumbre, se definen
otras zonas para las cuales se establecen unos valores máximos de
iluminación. Los valores permitidos deberán estar dentro de los siguientes
límites:
P1 + P2+ P3 ≥ 0,3 lux
P4 + P5 + P6 ≥ 0,6 lux
0,7 lux ≥ P7 ≥ 0,1 lux
0,7 lux ≥ P8 ≥ 0,2 lux
Las zonas para las que se establecen estos rangos son las indicadas en
la siguiente figura.
Figura 30: Zonas de rangos
Para la medición de los parámetros fotométricos, la posición de ajuste del
faro será la obtenida en la verificación del haz de cruce. El punto de
intersección (hv) de las líneas hh y vv de la pantalla deberá estar dentro de una
zona (curva isolux) con un nivel de iluminación (Em) superior al 80% de la
máxima proporcionada por el proyector, que a su vez no será inferior a 32 lux
en los faros de clase B o C, y a 51,2 lux en los faros clase D. Mientras que el
74
valor máximo no superará en ningún caso los 240 lux si se trata de faros de la
clase B, ni los 180 lux si se trata de faros de las clases C y D. Tampoco se
podrá tener un valor 16 veces mayor que el valor medio en el punto 75R del haz
de cruce.
La intensidad máxima (Im) del haz de carretera, expresada en miles de
candelas, se calculará mediante la siguiente fórmula:
IM = 0.635 EM
La marca de referencia (ÍM) de esta intensidad máxima y cuyo valor
redondeado se refleja en cada faro, junto a la marca de homologación, es
calculada según la fórmula:
El resultado de esta ecuación será redondeado a uno de los siguientes
valores: 7.5 - 10 – 12.5 – 17.5 – 20 – 25 - 27.5 – 30 - 37.5 – 40 – 45 ó 50.
Partiendo del punto hv, horizontalmente hacia la derecha y hacia la
izquierda, la iluminación deberá ser como mínimo igual a 12 lux, en el caso de
los faros de clase B y C, y a 24 lux, en el caso de los faros de clase D, y hasta
una distancia de 1125 mm; y por lo menos igual a 3 lux, en el caso de faros de
las clases B y C, y a 6 lux en el caso de los faros de clase D, hasta una
distancia de 2250mm.
75
Tabla 11: Pasos mínimos y máximos del haz de luz
Faros Clase A
Faros Clase B
Faros Clase C
Faros Clase D
Paso mínimo de haz de luz
150 lumen 350 lumen 500 lumen 1 000 lumen
Paso máximo de haz de luz
900 lumen 1 000 lumen 2 000 lumen 2 000 lumen
H-H: Plano Horizontal Pasando a través
V-V: Plano Vertical Enfoque del faro
Figura 31: Pasando los puntos de prueba del haz y zonas para los faros de la clase A
76
H-H: Plano horizontal pasando a traves
V-V: Plano Vertical Enfoque de faro
Figura 32: Pasando los puntos de prueba del haz y zonas para los faros de la Clase B
Figura 33: Haz de cruce - posición de los puntos de prueba y zonas para las
clases C, D y E de los faros
77
Figura 34: Haz de carretera primario - posición de los puntos de prueba
Figura 35: Haz de carretera secundaria - posición de los puntos de prueba. ”
78
ANEXO 2: MONTAJE ESTRUCTURA
79
80
81
ANEXO 3: MONTAJE SENSOR Y PRUEBAS
