La evolución de los sistemas de iluminación en el automóvil

Aunque desde el principio de los tiempos los automóviles ya tenían faros, la iluminación es uno de los campos en los que mas se ha avanzado, sobre todo en los últimos 15 años. Así ha evolucionado la tecnología de la luz en el automóvil.

Desde los primeros faroles de petróleo hasta los actuales láser y led han pasado casi 150 años en los que la iluminación ha evolucionado muchísimo. Es lógico este avance, no sólo por las mejoras tecnológicas en todos estos años, también porque la iluminación es un punto determinante en la seguridad activa (la destinada a evitar accidentes) en los vehículos.

Básicamente hay dos elementos que han ido evolucionado con los años: el propio faro y la fuente de luz.

Para la evolución del primero han sido determinantes la aparición de los ordenadores y programas de diseño– que han permitido un estudio mucho más perfecto de las geometrías y disposición de los reflectores (la parte plateada del faro sobre la que se refleja y proyecta la luz)- y también los materiales y máquinas de moldeado que permiten fabricar en serie y con precisión esas formas cada vez más complejas.

En cuanto a la fuente de luz, en su evolución se podría decir que han existido dos enormes puntos de inflexión. El primero de ellos fue el uso de la electricidad y el segundo el desarrollo de LED con alta luminosidad.

Evolución de la iluminación del automóvil: los pioneros (1880)

Hasta casi los años veinte del siglo pasado no se estandarizó el uso de la electricidad en los automóviles. En contra de lo que puedas pensar, no era el precio de las bombillas o la falta de una instalación eléctrica lo que hizo que los primeros automóviles tuviesen que recurrir al carburo o al petróleo para sus faros. El problema principal estaba en las vibraciones. No existían calzadas bien pavimentadas ni las suspensiones de los coches eran lo bastante suaves como para conseguir que los filamentos de las primeras bombillas (un invento presente ya en 1881, años antes de que apareciese el primer automóvil) no se rompiesen a los pocos segundos debido a los traqueteos.

Los primeros vehículos se iluminaban gracias a antiguos faroles que podían ser de aceite o petróleo o, los más avanzados y con mejor iluminación, gas de carburo. Estos últimos ofrecían una llama más blanca y una luz más potente, pero necesitaban de un generador de acetileno, una especie de olla a presión con un gotero de agua y unas piedras de carburo que generaban el gas acetileno que llegaba a los faros a través de unas finas tuberías de metal.

Más que para ver, estos faroles servían para hacerse ver, aunque las velocidades que alcanzaban los automóviles pioneros no eran muy elevadas y tampoco era necesario ver muchos metros por delante de nosotros.

Evolución de la iluminación del automóvil: la electricidad lo cambió todo (1915)

En 1898 se presentó el primer automóvil con faros eléctricos: el Columbia Electric Car. Era un coche eléctrico y aprovechaba de este modo la energía para iluminar el camino. Por desgracia, no eran muy eficaces y, además de no dar demasiada luz, se fundían rápidamente sus lámparas debido a las vibraciones.

El primer fabricante de automóviles en ofrecer las luces eléctricas como equipamiento estándar en sus coches fue la americana Peerless en 1908, aunque quien más éxito logró con esta tecnología sería Cadillac, quien la ofrecería de serie en todos sus modelos a partir de 1912. La mayor compacidad de los generadores eléctricos (entonces dinamos) y una mayor calidad de los filamentos de las lámparas permitieron el gran salto tecnológico que supuso la luz eléctrica, que en pocos años se convirtió en la única alternativa e hizo desaparecer los faroles de llama de los automóviles y motocicletas en todo el mundo.

A medida que se mejoraba la tecnología de los generadores eléctricos y la calidad de las lámparas, la iluminación fue mejorando, aunque fue un proceso lento que llevó más de 30 años, hasta que llegó el siguiente gran avance en materia de iluminación, ya en los años sesenta del siglo pasado.

Hasta que llegaron las lámparas halógenas, las mejoras en la calidad de luz tenían más que ver con mejoras en la calidad del brillo del reflector y de la lente del faro o en sistemas como el ojo autrónico empleado por GM, que detectaba las luces del tráfico contrario. Sí, como lo oyes, hace más de medio siglo los coches tenían ya asistente de luz de carretera, y bastante preciso, además.

Evolución de la iluminación del automóvil: la lámpara halógena y los faros direccionales (1965)

En 1959 la compañía General Electric presentaba un gran avance en materia de iluminación. En vez de encerrar el filamento de la lámpara en una ampolla sometida a vacío, si se añadía un gas halógeno se dieron cuenta de que el filamento aguantaba más temperatura sin fundirse debido a la reacción química que se produce con la presencia de estos gases en el interior de la lámpara. Si el filamento aguanta más temperatura, el aumento de la luz es evidente.

Las bombillas halógenas aumentaron de repente un 50% la iluminación de los coches, aunque su uso no se generalizó hasta mediados de los años setenta en el automóvil.

Además de este gran avance en el campo de la fuente de la luz, en los años sesenta empezaron a proliferar nuevas ideas en el diseño de los faros de los automóviles. Aunque ya se habían fabricado coches con faros direccionales antes (como el Tucker Torpedo de 1948), sería Citroën la que popularizase esta tecnología al añadir los faros direccionales en el facelift de los Citroën DS/ID de 1968 y, posteriormente, en el Citroën SM de 1970.

Precisamente fue el SM el primer automóvil en unir ambos avances y contar con faros direccionales y lámparas halógenas (en formato H1), a diferencia de los DS, que todavía usaban lámparas convencionales. Ambos modelos no sólo contaban con faros direccionales, también con correctores dinámicos de alcance, un elemento que acabaría siendo obligatorio en los faros más potentes un cuarto de siglo más tarde, como veremos a continuación.

Evolución de la iluminación del automóvil: llega la superficie compleja (1985)

Con las lámparas halógenas ya plenamente extendidas, el siguiente avance en materia de iluminación se centró en el rediseño de la superficie reflectante. La aparición de los programas de diseño asistido por ordenador permitió a los desarrolladores diseñar reflectores con superficies complejas que aprovechasen y proyectasen mejor la luz producida por la lámpara.

Los faros convencionales tenían dos limitaciones principalmente. La primera de ellas es que en ellos era el cristal el que tenía la misión de reorientar los haces de luz reflejados en la parábola del faro. Esto obligaba a que el cristal tuviese un tallado especial y fuese muy grueso. Además de peso, esto hacía que parte de la luz se absorbiese en el propio cristal. La otra limitación estaba en que parte de la bombilla tenía que estar tapada para evitar deslumbramientos.

Dos fueron las soluciones propuestas por los desarrolladores de faros para automoción: los faros elipsoidales y los de superficie compleja.

Los faros elipsoidales (los que tienen una lupa, por entendernos), encierran la bombilla en un proyector de forma elipsoidal que concentra los haces de luz más que un reflector convencional. La lente corrige después esos haces para distribuirlos convenientemente, exactamente igual que hace en un proyector de imágenes. El problema es que, una vez más, el grosor de la lente absorbe bastante luz. Su gran ventaja es que permite que el faro tenga muy poca superficie, lo que los convertía en la solución ideal para los frontales de modelos muy afilados, como el Opel Calibra, el Subaru SVX, Nissan 300 ZX, etc.

Los faros de superficie compleja, aunque en un principio contaban también con cristales tallados, pronto se perfeccionaron lo suficiente como para que fuese el propio reflector el que diese forma a la huella de luz que dibujan los faros delante del coche. Los faros con cristales completamente lisos absorben mucha menos luz en el propio “cristal” (la mayoría pasaron a ser de policarbonato), que pasaría a tener como única misión el proteger la lámpara y el reflector, además de conseguir el perfil aerodinámico deseado por el fabricante del vehículo.

Evolución de la iluminación del automóvil: del xenón al LED (1991)

En los años noventa llegaría el siguiente gran salto en la iluminación del automóvil: los faros con lámparas de descarga de gas o HID. Por primera vez la luz no se conseguía poniendo al rojo un filamento sino aprovechando la enorme emisión de luz que se produce al someter a un gas y una sal metálica bajo presión a un arco eléctrico entre dos electrodos.

Este tipo de lámparas se conoce popularmente como “faros de xenón” (o bi-xenón si son de cruce y largas) y supusieron toda una revolución. El primer automóvil en montarlo fue el BMW Serie 7 presentado en 1991 y su intensidad de luz era tan extraordinaria que obligó a desarrollar otra tecnología y a reinventar el sistema de corrección automática de altura que Citroën montaba en los DS/ID y SM.

Debido a la intensidad de la luz de los faros HID, para evitar deslumbrar al tráfico contrario, los coches con este sistema de iluminación estaban obligados a montar un sistema que corrigiese automáticamente el ajuste de los faros para que, ni por llevar el maletero cargado ni por los cabeceos de la carrocería en los baches, la luz cegase a los demás conductores.

Esto supuso algunos quebraderos de cabeza para la homologación de los faros de xenón opcionales en los Porsche 993.

Para evitar tener que instalar este sistema de corrección de altura automático, algunos fabricantes optaron por montar lámparas HID de baja intensidad. Según la reglamentación europea, por debajo de los 2.000 lúmenes no es necesario este dispositivo.

Las lámparas de descarga de gas no sólo emiten más luz (lúmenes), también su luz es más blanca, lo que se conoce como temperatura de luz (ºK). La luz del sol tiene un color entre 5.000 y 6.000 ºK, que se pueden obtener con las lámparas HID, mientras que las halógenas se quedan en el rango de los 3.000 ºK. Cuanto más se asemeja una luz artificial a la natural del sol, menos fatiga produce a los conductores en conducción nocturna.

Los faros HID consiguen un rendimiento excelente por cantidad de luz y por temperatura de la misma y, además, su consumo energético es muy bajo. Sólo tienen un elevado consumo en la fase de arranque, durante el cebado del arco eléctrico. Después se estabiliza y tienen un consumo de apenas 30 W, frente a los 55W de una lámpara halógena. De hecho, su rendimiento es tan bueno que generan menos calor, motivo por el cual también se hace obligatorio el montaje de un sistema lavafaros con ellos, para poder eliminar el hielo y la nieve que se congelan sobre ellos durante la marcha, algo que no sucede tanto en los halógenos, que se calientan más.

El problema de las lámparas HID es que su fabricación sigue siendo cara. Se preveía que su coste bajaría al aumentar la producción y la demanda, pero finalmente han sido mucho más baratos de evolucionar los LED, de ahí que sean la tecnología que más ha proliferado, además de por otra ventaja que veremos a continuación.

Evolución de la iluminación del automóvil: llegan los LED de alta intensidad (2007)

En 2007 Lexus presenta una evolución de su buque insignia y una de sus mayores singularidades serían los faros LED. Aunque los diodos emisores de luz existían desde hacía décadas, la intensidad de su luz no era suficiente como para ser aplicada en un faro de automóvil. La llegada de los LED de alta intensidad de luz hizo posible este salto evolutivo en la iluminación de los coches y pasar de ser empleados para ser vistos (ya se montaban antes en las luces traseras de posición) a ir delante para poder ver.

En contra de lo que se piensa, su consumo eléctrico es mayor que el de los HID, puesto que los LED de alta intensidad generan mucho calor que debe ser disipado (para lo cual muchos faros montan incluso ventiladores) y, además, ir montados en un complicado circuito impreso (que, por cierto, suele ser el que falla y lo que menos horas de vida útil tiene, menos que el LED en sí).

La tecnología LED tiene varias ventajas, aunque la mayoría producen menos luz y de peor calidad que la de los de bixenón. La primera de ellas es que los leds permiten una mayor flexibilidad a los diseñadores por su tamaño. Son más compactos que una lámpara convencional o de descarga de gas y se pueden combinar varios en diferentes formas y disposiciones, lo que ha dado lugar a los faros de tipo matricial que veremos a continuación.

Evolución de la iluminación del automóvil: los faros adaptativos (2010)

Gracias a la integración de cámaras de vídeo en los automóviles, con sistemas como el Opel Eye, los desarrolladores de los sistemas de iluminación pudieron retomar la idea del ojo autrónico de hacía medio siglo. ¿Por qué no hacer un faro que adapte la forma de la luz y evite deslumbrar al tráfico contrario, pero sin dejar de iluminar todo lo posible?

La idea es muy sencilla pero complicada de realizar. Los diseñadores desarrollaron un mecanismo en el cual un diafragma puede cubrir diferentes partes del foco, de forma que éste proyecta una sombra donde se necesita, pero dejando la máxima cantidad de luz en el resto de la calzada. De esta manera, un coche puede circular con las luces largas y ese diafragma ir tapando la luz allí donde la cámara detecta que hay otro vehículo.

Este sistema de luz adaptativa montado en modelos como los VW Golf VII, Volvo S60, Audi, etc., era muy eficaz, pero caro de producir y con muchas piezas móviles susceptibles de tener averías. Pronto surgió la idea de hacer lo mismo, pero con elementos estáticos. ¿Y si los faros estuvieran compuestos de varios “faritos” que iluminen puntos concretos de la calzada y los pudiéramos ir encendiendo y apagando en función de las necesidades? Ya tenemos el concepto del siguiente gran avance, los faros matriciales.

Evolución de la iluminación del automóvil: matrix led (2013)

Aunque las lámparas de xenón dan una excelente luz y consumen poca energía, son voluminosas y caras, así que es inviable poder poner una docena de ellas en cada faro. Sin embargo, los LED son muy compactos y su coste de fabricación se abarató muchísimo en pocos años.

Por sus dimensiones, es muy fácil integrar varios paquetes de LED en un faro y que cada uno de esos conjuntos esté montado sobre un reflector que proyecte la luz sobre un punto concreto del asfalto. Cuantos más puntos de luz tengas, más puedes jugar con la forma que tendrá la huella luminosa que se proyecta delante del coche.

Así es como funcionan los sistemas de faros matriciales o Matrix LED. La cámara (que suele ir colocada en el parabrisas a la altura del retrovisor interior) detecta las luces de los coches que circulan en sentido contrario y por delante del vehículo y un módulo electrónico decide qué led encender o apagar, manteniendo siempre encendidos los que se corresponden con lo que serían unas luces de cruce convencionales.

Este sistema es mucho más sencillo y sin piezas móviles, así que es muy fiable, pero tiene dos grandes inconvenientes: es caro y el consumo eléctrico es mayor incluso que con las lámparas halógenas. Sí, ya sé que nos venden que los LED consumen poca energía, pero es que estás encendiendo varias decenas de led y, además, refrigerándolos.

Evolución de la iluminación del automóvil: láser y OLED (2014)

Llegamos por fin al último capítulo de la evolución de los sistemas de iluminación en los automóviles y en este caso es de nuevo la luz en sí y no el faro lo que ha evolucionado. En 2014 Audi y BMW se tiraban de los pelos para poder anunciar cuál de las dos era la primera en comercializar un automóvil con faros láser.

Ambas marcas utilizan esta nueva tecnología en sus topes de gama para una especie de “super largas” una iluminación extra que proporciona mucha luz y a larga distancia (hasta los 700 metros) y que sólo se encienden cuando el sistema está absolutamente seguro de que no circula nadie más en nuestro entorno.

Aproximadamente uno o dos segundos después de encender las luces de carretera se enciende esta luz adicional con un alcance extraordinario. Por ahora su uso sigue estando restringido a coches de muy alta gama, debido al elevado coste de este tipo de LED láser y al complicado sistema que debe gestionarlos para evitar dejar ciegos a los demás conductores.

Junto con esta tecnología también se está desarrollando un nuevo tipo de LED orgánicos (OLED). Al igual que sucedió con la primera generación de LED, los OLED actuales no producen una gran cantidad de luz, por lo que por ahora se destinan sólo a pantallas o a las luces de posición del automóvil.

Su ventaja principal, es que se pueden diseñar prácticamente con cualquier forma y completamente planos, lo cual deja una enorme flexibilidad creativa a los diseñadores.

Evolución de la iluminación del automóvil: ¿cuál será el futuro?

Aunque parezca contradictorio, es probable que la tecnología de iluminación en los coches no necesite evolucionar más. La mayoría de los sistemas de conducción autónoma emplean elementos como los LIDAR o los infrarrojos para detectar los obstáculos y el camino a seguir, de modo que ya no será necesario iluminar.

Ya no será el ojo humano el que tendrá que ver por dónde ir sino un cerebro electrónico, que no necesitará iluminar los objetos, le bastará con detectarlos con cualquier otra tecnología. Los murciélagos son ciegos y son capaces de cazar una mosca en plena oscuridad, lo cual deja claro que no es necesaria la luz para detectar objetos y los coches autónomos no la necesitarán, así que es muy probable que estemos ya en la cumbre en cuanto a sistemas de iluminación en el automóvil.

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