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Energía Mecánica Innovación y Futuro, IV Edición 2015, No.10 (13)
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Artículo Cientíco / Scientic Paper)
ENERGÍA Y MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 4 Vol. 1 / 2015 (13) ISSN 1390 - 7395 (10/13)
RESUMEN
Este documento muestra de forma breve los
resultados de los ensayos realizados en un banco
simulador de un sistema de iluminación de
vehículos livianos. El banco simulador fue creado
con el n de ser un método genérico de estudio
del sistema de iluminación, y ser la herramienta
adecuada para la creación de nuevos diseños y
realizar los ensayos necesarios para la seguridad
de los ocupantes de los vehículos. Se realizó varios
ensayos tales como : Ensayo de conformidad (CFN),
ensayo de cantidad y condiciones de iluminación
(CIL), ensayo de simulación de anomalías (SAN),
ensayo de tiempos de reacción (TRE), ensayo
de Recuperación de deslumbramiento (RDE), y
ensayo de consumo de energía (CEN) con los que
se obtuvo resultados adecuados.
Palabras claves: iluminación automotriz,
seguridad vial, eciencia energética.
ESTUDIO DE TECNOLOGÍAS DE LUCES CONVENCIONALES, DE BOMBILLAS
INCANDESCENTES Y LUCES LED
STUDY OF CONVENTIONAL LIGHTING TECHNOLOGIES OF INCANDESCENT BULBS,
AND LED LIGHTS.
1
Santiago Fernando Celi Ortega,
2
Abel Polivio Remache Coyago,
3
Miguel Eduardo Martínez Betancourt,
4
Luis Eduardo Tipanluisa Sarchi
1-3-4
Universidad Internacional SEK - Facultad de Ingeniería Mecánica, Alberto Einstein y 5ta Transversal (Quito)
2
Universidad Central del Ecuador – Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemáticas – Carrera Diseño Industrial
E-mail:
1
santiago.celi@uisek.edu.ec
2
apremache@uce.edu.ec
3
miguelmartinezbetancourt@hotmail.com
4
luis.tipanluisa@uisek.edu.ec
ABSTRACT
This document briey shows the results of tests
conducted in a bench simulator illuminated light
vehicle. The simulator bank was created to be a
generic method of study of the lighting system, and
be the right tool for the creation of new designs and
perform the tests required for the safety of vehicle
occupants. Several tests such as was done: Test
of conformity (CFN), test quantity and lighting
conditions (CIL), simulation test abnormalities
(SAN) test reaction times (TRE), test Recovery
glare (RDE ), and energy consumption test (CEN)
with which adequate results were obtained.
Keywords: automotive lighting, road safety, energy
eciency.
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1. INTRODUCCIÓN
La iluminación vehicular es un tema de alta
atención en lo que se reere a la seguridad vial.
Los esfuerzos por reducir accidentes de tránsito
y conseguir un mayor confort a los conductores
debe ser el principal objetivo [1]. La investigación
busca atender los problemas evidenciados en el
parque automotor ecuatoriano. La fase inicial
fue construir un banco de pruebas que permita
recopilar datos y realizar pruebas con diferentes
sistemas de iluminación, de esta manera determinar
las principales anomalías de iluminación que
presentan los automotores.
Debido a las condiciones de uso de los vehículos,
las condiciones de camino, y vibraciones hacen que
los componentes mecánicos de los faros presenten
desalineamiento, lo que ocasiona pérdida de la
iluminación del terreno y en casos más severos,
deslumbramiento a conductores que circulan en
sentido contrario [2].
Se han dado diversas alternativas de solución a
este problema como es el caso de las lámparas de
xenón que se dan en vehículos únicamente de alta
gama por los altos costos de los materiales y su
fabricación [3].
La investigación concientiza a la comunidad,
al enfatizar el adecuado uso del sistema de
iluminación, poniendo atención en el uso correcto
de luces direccionales, de parqueo, luces de ráfaga
y de carretera de forma correcta.
En el Ecuador, es muy común observar en
conductores jóvenes que se adaptan sistemas de
accesorios visuales, con intensidades luminosas
excesivamente altas, que al no tener un adecuado
control, provoca deslumbramientos a los
conductores. Se utilizan accesorios, tales como
imitaciones de bombillas LED con funciones
intermitentes, que no brindan las adecuadas
funciones de visibilidad.
2. MÉTODO
El banco de ensayos utilizado, cuenta con
mecanismos de sencilla ejecución mediante los
cuales es posible modicar sus dimensiones de
forma rápida durante los ensayos. Permitiendo
recrear y reproducir diseños existentes en el parque
automotor.
Los principales parámetros a tomar en cuenta
en los sistemas de iluminación vehicular son:
Cantidad de iluminación [Lux], distancia, alcance
de iluminación y corriente consumida, para realizar
posteriores análisis de la potencia consumida y
eciencia energética.
El equipo dispone de interruptores conectados en
serie con cada elemento y consumidor del banco
simulador, con el n de simular la falla de cualquier
elemento deseado.
Se realizaron diferentes ensayos, que involucran
el estudio del sistema de iluminación en distintas
condiciones ambientales: ambientes nocturnos,
ambientes diurnos en condiciones adversas y
ambientes nocturnos en condiciones escasas.
Dichos ensayos son:
Ensayo Preliminar
Se establece los parámetros de una inspección
básica [4] que se debe realizar al sistema de
iluminación de un vehículo, tal como se muestra
en la Figura 1.
Distancia de revisión a la supercie iluminada
(dr): 5 m.
Altura de la zona iluminada en la supercie desde
el piso (h1): 0,9 h.
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Ancho de la zona iluminada en supercie (a1): >
1.2 m.
Ancho de la zona iluminada en supercie (a1): +
0,1 m -- + 0.3 m.
Alcance de iluminación: 50 m.
Fig. 1. Esquema de inspección básica, visto desde un punto lateral
al banco simulador.
Ensayos
El Ensayo de conformidad (CFN), realiza
pruebas de conformidad con sujetos observadores
distintos, que realizan apreciaciones visuales
de la calidad de la iluminación presentada por
cada grupo de iluminación de luces piloto,
siendo estas: luces de posición, reversa, freno,
intermitentes y direccionales. Los ensayos se
realizan involucrando ambos sistemas, tanto con
luces convencionales de bombillas incandescentes
como con luces LED, sometiéndolos a prueba en
ambientes diurnos y nocturnos, en condiciones
climatológicas favorables y escasas.
El luxómetro se coloca a distancias de 15 m, 25
m, 40 m y 60 m. Se toman en cuenta los valores
nocturnos únicamente, puesto que durante el día
las mediciones de cantidad de iluminación hacen
referencia a las mediciones de luz natural.
Ensayo de cantidad y condiciones de iluminación
(CIL) este ensayo se realiza una medición del
parámetro físico de la cantidad de iluminación,
expresada en Luxes. Se debe considerar este dato
para futuros ensayos de comparación y poder
contar con parámetros válidos de repetitividad.
Con el ensayo se demuestra la invalidez de
elementos que simulan bombillas de uso
automotriz con conexión H4, con luces LED.
bombillas incandlas icon luson de 0 Lux.
Con el ensayo de simulación de anomalías (SAN),
se establecen los límites de reglaje de la posición
de las luces, en relación a sus parámetros de
inclinación y desviación
El ensayo de tiempos de reacción (TRE) involucra
el estudio de las luces piloto de freno, utilizando
ambos sistemas, tanto con luces LED, como
con luces convencionales. La medición simula
un ambiente de ciudad, con un vehículo real
circulando a 25 km/h hacia el banco simulador
detenido, y encendiendo las luces de freno cuando
el auto real se encuentra a una distancia de 30 m.
Se analiza la distancia restante entre el vehículo real,
una vez que este se haya detenido completamente
y el banco simulador.
La distancia restante entre el vehículo real, una
vez que este se haya detenido completamente y el
banco simulador. El ensayo es durante el día y la
noche, en condiciones climatológicas favorables.
El ensayo de recuperación de deslumbramiento
(RDE) realiza un deslumbramiento intencional
a distintos sujetos a una distancia de 1 m, en
donde se establecen los tiempos normales de
recuperación de los sujetos en prueba. El ensayo se
desarrolla durante el día y la noche, en condiciones
climatológicas favorables.
A través del ensayo de consumo de energía (CEN)
se encuentran los menores consumos de corriente,
teniendo una notoria mejora de la eciencia
energética utilizando luces LED.
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Todos los ensayos fueron realizados para: un
joven de 17 años sin problemas de visión, un
joven de 23 años con problemas de astigmatismo
e hipermetropía, y un adulto mayor de 70 años con
problemas de astigmatismo e hipermetropía
3. RESULTADOS
Conformidad - Ensayo CNF
El ensayo muestra que las luces LED, en todas las
variaciones de condiciones ambientales, muestran un
mejor comportamiento, presentando información de
forma más precisa, gracias a su propiedad de encendido
inmediato, colores más denidos y formas más detalladas
de acuerdo al diseño. De esta manera, las señales de giro
y cambios de velocidad son mejor apreciadas si son
emitidas por un aparato que involucre luces LED. Esta
utilización se limita únicamente a luces piloto.
En las siguientes guras, se muestra los promedios de
las evaluaciones de apreciación realizada por los sujetos
observadores. Se otorgan valores desde 4 a 1 siendo
calicaciones para valoraciones abstractas que son
excelente, buena, aceptable y deciente respectivamente.
Fig. 2. Cuadro demostrativo del Resumen de Ensayo Final, para el ensayo REF
en condiciones climatológicas de noche clara.
Fig. 3. Cuadro demostrativo del Resumen de Ensayo Final, para el ensayo REF
en condiciones climatológicas de noche con niebla supercial na.
Fig. 5. Cuadro demostrativo del Resumen de Ensayo Final, para el ensayo REF
en condiciones climatológicas de dia con niebla supercial na.
Fig. 6. Cuadro demostrativo del Resumen de Ensayo Final, para el ensayo CIL
durante la noche.
La disminución de la calidad de la iluminación, con
presencia de niebla na o polvo, desciende en un
46% en comparación a las condiciones favorables,
y descienden en un 60% para condiciones
adversas, entendiéndose estas como la presencia
de niebla muy espesa, o lluvia fuerte. De esta
forma se denen las recomendaciones necesarias
para límites de velocidad durante la noche.
Simulación de anomalías Ensayo SAN.
Para los parámetros de desviación, los máximos
Fig. 4. Cuadro demostrativo del Resumen de Ensayo Final, para el ensayo REF
en condiciones climatológicas de día claro.
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valores son de ±3.8°, para evitar el deslumbramiento
de otros conductores, y de ±8.5° para evitar la
pérdida de iluminación del terreno.
Fig. 7. Límites de reglaje desviación para evitar deslumbramiento.
Fig. 8. Límites de reglaje desviación para evitar pérdida de iluminación del
terreno.
Para los parámetros de inclinación, los máximos
valores son de 0° a +0.95° para evitar un
deslumbramiento, y de -0.58° a -2.67°, para evitar
la pérdida de la iluminación del terreno. Estos
últimos valores son tomados en cuenta desde un
eje con centro en el faro del banco simulador y
paralelo al suelo.
Fig. 9. Límites de reglaje inclinación para evitar deslumbramiento.
Fig. 10. Límites de reglaje inclinación para evitar pérdida de iluminación del
terreno.
Al simular una lámpara principal fundida y
medir la cantidad de iluminación a 30m de
distancia, se tiene una disminución de la cantidad
de iluminación de 11.7 Lux a 7.3 Lux, una
disminución de 37%, parámetros importante que
debe ser tomado en cuenta debido a los tiempos
de reacción relativamente largos entre 0.75 s a 2
s, y las velocidades promedio alcanzadas por un
vehículo en carreteras perimetrales, entre 60 km/h
a 90 km/h.
Tiempos de Reacción – Ensayo TRE.
Los resultados muestran que la utilización de
bombillas LED en luces de freno, representa una
disminución de los tiempos de reacción de 33%
durante la noche, y de un 29% durante el día. Esto
se traduce en mayores distancias para realizar
maniobras de emergencia.
Fig. 11. Cuadro demostrativo del Resumen de Ensayo Final para la medi-
ción de tiempos de reacción durante el día.
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Recuperación del Deslumbramiento – Ensayo RDE.
Al provocar un deslumbramiento a esta distancia
se provoca una ceguera total momentánea y se
encuentra que la recuperación del deslumbramiento
se da en tres etapas: la recuperación de la ceguera
dentro de 2.5 a 3.5 s después del deslumbramiento,
en la que se restablece parcialmente la visión
central, seguida por la recuperación total
de la visión periférica, dentro de 40s a 55s
manteniéndose afectada la visión central, y la
recuperación total, en la que la visión central se
restablece completamente, después de 70s a 90s
de provocar el deslumbramiento. Los menores
tiempos de recuperación se tienen con el sujeto
de 17 años, concluyendo que estos tiempos de
recuperación son inversamente proporcionales a
la edad de los sujetos. Con los sujetos de 17 y 23
años, se tiene el fenómeno que durante los ensayos
iniciales los tiempos de recuperación tienen una
tendencia a disminuir, pero a medida que se repiten
los ensayos estos tiempos cambian a una tendencia
al aumento, entendiéndose esto como la aparición
del cansancio de la visión.
Fig. 12. Cuadro demostrativo del Resumen de Ensayo Final para la medición de
tiempos de reacción durante la noche.
Fig. 13. Ensayos realizados en un sujeto joven de 17 años sin problemas de
visión.
Fig. 14. Ensayo realizado en un sujeto adulto de 23 años con problemas de
visión de astigmatismo e hipermetropía
Para el caso del adulto mayor, esta primera
tendencia de disminución de tiempos no existe,
teniendo siempre aumentos de los tiempos,
llegando a casos críticos de 4.8 s para la primera
etapa de recuperación, traduciéndose en que
un sujeto de 70 años que ha sido perjudicado
con un fuerte deslumbramiento en la carretera,
permanecerá en promedio 4 s prácticamente ciego.
Para condiciones climáticas escasas, esto es con la
presencia de niebla na, una conducción de varias
horas en estas condiciones, se puede producir
cansancio prematuro ocasionando un aumento en
los tiempos de reacción, entre 1.5 s a 2 s [5]
Fig. 15. Ensayo realizado en un sujeto adulto mayor de 70 años con problemas
de visión de astigmatismo e hipermetropía.
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Fig. 17. Comparación de corrientes de arranque con los sistemas convencional
y LED.
Finalmente, se realizó una medición del
consumo de corriente tanto para un sistema
convencional como para uno con luces LED.
La tabla 1, muestra la comparación de las
corrientes, en etapas de trabajo consumiendo
corrientes nominales, presenta una ventaja de un
89% de mayor eciencia, al utilizar luces LED.
Tabla 1. Detalle de consumo de potencia en vatios [W] con los sistemas con-
vencional y LED, en etapas de arranque y trabajo normal.
4. CONCLUSIONES
Las bombillas de imitación con luces LED con
conexión H4, son inservibles como iluminación
principal.
Las velocidades recomendadas para circulación
en carretera durante la noche son de 70 km/h en
condiciones climatológicas favorables, 60 km/h
en condiciones escasas, y menos de 50 km/h para
condiciones adversas.
La pérdida de la calidad de la iluminación cuando
no funciona una de las bombillas principales se
Fig. 15. Ensayo realizado en un sujeto adulto mayor de 70 años con problemas
de visión de astigmatismo e hipermetropía.
Pruebas de Consumo de energía – Ensayo CEN.
Fig. 16. Resumen de Ensayo nal de mediciones de corriente con sistema de
luces convencionales y luces LED.
Se da el fenómeno, al utilizar luces convencionales,
que se tienen picos de corriente de arranque,
llegando a valores de un 35% más de consumo
de corriente durante breves instantes, a iniciar el
funcionamiento de una bombilla incandescente.
Estas corrientes de arranque no existen al utilizar
luces LED, puesto que esta nueva tecnología, al
ser energizadas consumen su inmediatamente
su corriente nominal sin bruscos aumentos de
potencia durante esta etapa.
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estima en un 37%.
Las ventajas que comprende el uso de la tecnología
de luces LED son una mejora en la comunicación
de intenciones de cambio de giro y velocidad
a otros conductores, un 30% en promedio de
disminución de tiempos y distancia de reacción,
un 89% de reducción de la energía consumida y la
ausencia de picos de corriente.
Es necesario desarrollar un método genérico
y funcional para reemplazar el sistema de
iluminación convencional del vehículo a uno de
luces LED.
Se motiva a generar políticas de homologación
a vehículos que ingresen al parque automotor,
solamente a aquellos que involucren luces LED
para sus luces piloto.
Debido a las importantes disminuciones de
apreciación con la presencia de niebla na en las
mañanas en la sierra ecuatoriana, se recomienda
mantener luces medias encendidas durante la
mañana, aproximadamente hasta las 7:00 am,
mientras se tiene completa presencia de luz natural.
Es necesario desarrollar un sistema de luces de
circulación diurna para vehículos de media y baja
gama.
Se debe desarrollar un sistema de iluminación
inteligente para vehículos de media y baja
gama, que pueda cambiar de forma automática
el comportamiento de las luces, de acuerdo a la
presencia de tráco.
REFERENCIAS
[1] Alonso, J. M. (2004). Circuitos Eléctricos
Auxiliares. Madrid: Thomson Paraninfo.
[2] Alonso, J. M. (2004). Técnicas del automóvil.
Equipo eléctrico. Madrid: Thomson Paraninfo.
[3] Ferrer, V. S. (2006). Circuitos Eléctricos del
Automóvil. Madrid: Thomson Paraninfo.
[4] ISO, I. O. (2004). ISO 2575-2004 Road vehicles
- Symbols for controls, indicators and telltales.
Geneva: ISO, International Organization of
Standardization
[5] CINAE, C. d. (2013). CINAE, Cámara de la
Industria Automotriz Ecuatoriana. Recuperado
el 25 de Noviembre de 2013, de http://www.
cinae.org.ec/
BIOGRAFÍAS
1 Santiago Celi, Magister en
Administración de Empresas
y Marketing, Ingeniero
Automotriz, Profesor
Facultad de Ingeniería
Mecánica de la Universidad
Internacional SEK.
2 Abel Remache, Magister
en Gerencia y Liderazgo
Educacional, Ingeniero
Automotriz, Estudiante
de Maestría en Energías
Renovables y Sostenibilidad
Energética Universidad de
Barcelona, Profesor tiempo
completo Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas
y Matemáticas de la Universidad Central del
Ecuador, Carrera de Diseño Industrial
3 Miguel Martínez
Betancourt, Ingeniero
Mecánico Automotriz,
Asesor Técnico en La Llave
S.A. Técnico en maquinaria
industrial y minería.
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4 Luis Tipanluisa.-
Magister en Energías
Renovables, Ingeniero
Automotriz, Profesor
Facultad de Ingeniería
Mecánica de la Universidad
Internacional SEK,
Encargado de Laboratorio de
Termodinámica.
Registro de publicación:
Fecha de recepción 15 de septiembre 2015
Fecha aceptación 10 diciembre 2015
Celi S., Remache A., Martínez M., Tipanluisa L. /
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