Cerradura electromagnética

Una cerradura electromagnética , cerradura magnética o maglock es un dispositivo de bloqueo que consta de un electroimán y una placa de armadura.

El principio detrás de una cerradura electromagnética es el uso del electromagnetismo para bloquear una puerta cuando se activa. La fuerza de retención debe ser colineal con la carga, y la cerradura y la placa de armadura deben estar enfrentadas para lograr un funcionamiento óptimo.

La cerradura magnética se basa en algunos de los conceptos básicos del electromagnetismo . Básicamente, consiste en un electroimán que atrae a un conductor con una fuerza lo suficientemente grande como para evitar que se abra la puerta. En un examen más detallado, el dispositivo hace uso del hecho de que una corriente a través de uno o más bucles de cable (conocido como solenoide ) produce un campo magnético. Esto funciona en el espacio libre , pero si el solenoide está enrollado alrededor de un núcleo ferromagnético como el hierro dulce, el efecto del campo se amplifica en gran medida. Esto se debe a que los dominios magnéticos internos del material se alinean entre sí para mejorar en gran medida la densidad del flujo magnético.

Utilizando la ley circuital de Ampère , se puede demostrar que la densidad de flujo magnético inducido por un solenoide de longitud efectiva con una corriente a través de bucles está dada por la ecuación: ${\estilo de visualización B}$${\estilo de visualización l}$${\estilo de visualización I}$${\estilo de visualización N}$

${\displaystyle B={\frac {\mu _{0}\mu _{r}IN}{l}}}$

La fuerza entre el electroimán y la placa de armadura con área de superficie expuesta al electroimán viene dada por la ecuación: ${\estilo de visualización F}$${\estilo de visualización S}$

${\displaystyle F={\frac {B^{2}S}{2\mu _{0}}}}$

En ambas ecuaciones, representa la permeabilidad del espacio libre y la permeabilidad relativa del núcleo. ${\displaystyle \mu_{0}}$${\displaystyle \mu_{r}}$

Aunque el rendimiento real de una cerradura magnética puede diferir sustancialmente debido a diversas pérdidas (como la fuga de flujo entre el electroimán y el conductor), las ecuaciones dan una buena idea de lo que es necesario para producir una cerradura magnética fuerte. Por ejemplo, la fuerza de la cerradura es proporcional al cuadrado de la permeabilidad relativa del núcleo magnético. Dado que la permeabilidad relativa de un material puede variar de alrededor de 250 para el cobalto a alrededor de 5000 para el hierro dulce y 7000 para el silicio - hierro , la elección del núcleo magnético puede tener un impacto importante en la fuerza de una cerradura magnética. También es relevante la elección de la corriente, el número de bucles y la longitud efectiva del electroimán. ^[1]

Las cerraduras magnéticas poseen una serie de ventajas sobre las cerraduras convencionales y las cerraduras eléctricas. Por ejemplo, su durabilidad y su rápido funcionamiento pueden hacerlas valiosas en un entorno de oficina con mucho tráfico donde es necesaria la autenticación electrónica.

• Operación remota: Las cerraduras magnéticas se pueden encender y apagar de forma remota ajustando la fuente de energía.
• Fácil de instalar: Las cerraduras magnéticas son generalmente más fáciles de instalar que otras cerraduras, ya que no hay piezas interconectadas.
• Rápido de operar: las cerraduras magnéticas se desbloquean instantáneamente cuando se corta la energía, lo que permite una liberación rápida en comparación con otras cerraduras.
• Robustez: Las cerraduras magnéticas también pueden sufrir menos daños por múltiples golpes que las cerraduras convencionales. Si se fuerza la apertura de una cerradura magnética con una palanca, por lo general se producirán pocos o ningún daño a la puerta o a la cerradura. En una cerradura electromagnética no hay piezas móviles que se puedan romper.

• Requiere una fuente de energía constante para ser seguro.
• Puede desenergizarse en caso de un corte de energía, desactivando la seguridad.
• Caro en comparación con las cerraduras mecánicas.
• Requiere hardware adicional para una operación segura

La cerradura magnética es adecuada tanto para puertas que abren hacia dentro como hacia fuera. Se utilizan soportes (soporte en L, soporte en LZ, soporte en U) para orientar la armadura para su uso en ambas aplicaciones. También se utilizan placas de relleno para proporcionar un área de montaje grande y plana en el marco de la puerta cuando el electroimán es más grande que el espacio de montaje disponible en el marco de la puerta debido a la geometría del marco.

La cerradura magnética siempre debe instalarse en el lado seguro de la puerta. La mayoría de las instalaciones se montan en la superficie. Por razones de seguridad, la cerradura magnética, los cables y los alambres deben pasar a través del marco de la puerta o empotrarse con una moldura de alambre.

La instalación es sencilla. En aplicaciones con apertura hacia dentro, el electroimán se instala normalmente en la esquina de la abertura de la puerta, en el dintel de la misma. Las cerraduras magnéticas también se pueden instalar verticalmente en la abertura de la puerta cuando están equipadas con una carcasa de longitud completa. Con esta configuración, la armadura se atornilla a través de la puerta y se orienta para acoplarse con la cara del electroimán. La placa de la armadura y el electroimán deben tocarse para proporcionar la fuerza de retención de bloqueo.

En aplicaciones con apertura hacia afuera, el electroimán se instala normalmente en el lateral del dintel de la puerta. En esta configuración, la armadura se monta sobre un soporte en forma de Z que orienta la armadura para acoplarse con el electroimán.

Las cerraduras magnéticas casi siempre forman parte de un sistema de seguridad electrónico completo . Este tipo de sistema puede consistir simplemente en un lector de tarjetas de acceso conectado o puede ser más complejo y requerir una conexión a una computadora central que monitorea la seguridad del edificio. Cualquiera sea la elección del sistema de cierre, la seguridad contra incendios es un factor importante a considerar. ^[2]

Se han desarrollado otras variaciones y mejoras de las cerraduras electromagnéticas. La más notable es la cerradura de cizallamiento, en la que la armadura no tira directamente de la cara, sino que la carga se ejerce en cizallamiento, como un tope mecánico. La cerradura magnética de cizallamiento permite que una puerta se abra en ambas direcciones, a diferencia del tipo original (y ahora omnipresente) de tracción directa, que normalmente funciona en una configuración de apertura hacia dentro o hacia fuera. Para proporcionar a la cerradura magnética de cizallamiento la fuerza de sujeción adecuada, dos pasadores bloquean la armadura sobre el propio imán y garantizan que el imán se bloquee en su lugar.

El 2 de mayo de 1989, Arthur, Richard y David Geringer, de Security Door Controls, una empresa de fabricación de hardware de control de acceso, patentaron una cerradura electromagnética de "corte" mejorada. El dispositivo descrito en sus diseños era, en principio, el mismo que la cerradura magnética moderna, compuesta por un electroimán y una placa de armadura. La patente no hacía referencia alguna a los métodos de fabricación del electroimán y detallaba varias variaciones del diseño, incluida una que utilizaba una placa de armadura accionada por resorte para acercar la placa de armadura al electroimán. La patente expiró el 2 de mayo de 2009. ^[3]

Una cerradura magnética tiene una placa de metal rodeada por una bobina de alambre que se puede magnetizar. El número de bobinas determina la fuerza de retención que caracteriza a la cerradura:

• Tamaño micro: fuerza de sujeción de 275  lbf (1220  N ).
• Tamaño mini: fuerza de sujeción de 650 lbf (2900 N)
• Tamaño mediano: fuerza de sujeción de 800 lbf (3600 N)
• Tamaño estándar: fuerza de sujeción de 1200 lbf (5300 N).
• Bloqueo de corte: fuerza de retención de 2000 lbf (8900 N)

La cerradura electromagnética de tamaño estándar se utiliza como cerradura de puerta.

La potencia de una cerradura electromagnética es CC (corriente continua), alrededor de 5–6 W. ^[4] La corriente es de alrededor de 0,5 A cuando la tensión de alimentación es de 12 VCC y de 0,25 A cuando se utilizan 24 VCC (varía entre fabricantes y si hay una o dos bobinas en el bloque). También se recomienda verificar que la cerradura magnética lleve la marca UL. Generalmente, la especificación de la cerradura electromagnética es de doble tensión de 12/24 VCC. ^{[ cita requerida ]} . Si se utiliza un rectificador para convertir la energía CA, se debe utilizar un rectificador de puente de onda completa .

Los dispositivos de bloqueo eléctricos pueden ser "a prueba de fallos" o "seguros contra fallos". Un dispositivo de bloqueo a prueba de fallos permanece bloqueado cuando se pierde la energía. Los dispositivos de bloqueo a prueba de fallos se desbloquean cuando se desenergizan. Las cerraduras electromagnéticas de tiro directo son inherentemente a prueba de fallos. Normalmente, la parte del electroimán de la cerradura está unida al marco de la puerta y una placa de armadura de acoplamiento está unida a la puerta. Los dos componentes están en contacto cuando la puerta está cerrada. Cuando se energiza el electroimán, una corriente que pasa a través del electroimán crea un flujo magnético que hace que la placa de armadura se atraiga al electroimán, creando una acción de bloqueo. Debido a que el área de acoplamiento del electroimán y la armadura es relativamente grande, la fuerza creada por el flujo magnético es lo suficientemente fuerte como para mantener la puerta bloqueada incluso bajo tensión.

Las cerraduras electromagnéticas de una sola puerta típicas se ofrecen con capacidades de fuerza de retención dinámica de 600 lb (2669  N ) y 1200 lb (5338 N). Una cerradura magnética "a prueba de fallas" requiere energía para permanecer bloqueada y, por lo general, no es adecuada para aplicaciones de alta seguridad, porque es posible desactivar la cerradura interrumpiendo el suministro de energía. A pesar de esto, al agregar un sensor de enlace magnético a la cerradura y al usar una fuente de alimentación que incluya una capacidad de respaldo de batería, se pueden implementar algunas aplicaciones especializadas de mayor seguridad. Las cerraduras electromagnéticas son adecuadas para su uso en puertas de salida de emergencia que tienen aplicaciones de seguridad contra incendios porque no tienen partes móviles y, por lo tanto, es menos probable que fallen que otros tipos de cerraduras eléctricas, como las cerraduras eléctricas .

La fuerza de las cerraduras magnéticas actuales es comparable a la de las cerraduras de puertas convencionales y su funcionamiento cuesta menos que el de las bombillas convencionales . En un sistema de bloqueo electromagnético típico se instalan piezas adicionales de hardware de liberación. Dado que las cerraduras electromagnéticas no interactúan con palancas o perillas de una puerta, normalmente se monta un botón de liberación independiente cerca de la puerta que corta el suministro de energía de la cerradura. Este botón suele tener un temporizador que, una vez que se presiona, mantiene la cerradura desbloqueada durante 15 o 30 segundos de acuerdo con los códigos contra incendios de la NFPA . Además, el código contra incendios exige una segunda liberación. ^[5] Se utiliza un sensor de movimiento o una barra antichoque con interruptor interno para desbloquear la puerta del lado de salida de la puerta automáticamente.

La primera cerradura electromagnética moderna de tiro directo fue diseñada por Sumner "Irving" Saphirstein en 1969 ^{[6] [7] [8]} para su instalación inicial en las puertas del Forum de Montreal . ^[9] Las preocupaciones de las autoridades locales sobre el riesgo de incendio al cerrar las puertas del Forum impulsaron a la administración a encontrar una solución de cierre que fuera segura durante un incendio. Saphirstein propuso inicialmente utilizar una pila lineal de soportes de puerta para que funcionaran como una cerradura electromagnética. Estos soportes de puerta se usaban tradicionalmente para mantener las puertas abiertas, pero en esta aplicación Saphirstein creía que podían empaquetarse y adaptarse para funcionar como una cerradura a prueba de fallos. Después de un prototipo exitoso y su instalación en el Forum, Saphirstein continuó evolucionando y mejorando el diseño y estableció la empresa Locknetics para desarrollar accesorios y circuitos de control para cerraduras electromagnéticas.

En condiciones comerciales difíciles, Locknetics fue vendida posteriormente a la empresa Ives Door Hardware y, más tarde, revendida a la empresa Harrow. ^{[ cita requerida ]} Mucho más tarde, esta división fue vendida nuevamente a Ingersoll Rand Security Technologies en 1999. ^[10] La división se cerró recientemente en 2007 ^[11] y se transfirió a otras divisiones dentro de Ingersoll Rand Security. Los empleados que estaban asociados con las actividades de Locknetics pasaron a formar otras empresas de cerraduras electromagnéticas, incluida Dynalock Corporation. ^{[ cita requerida ]}

Saphirstein continuó desarrollando tecnologías de cierre electromagnético en otras empresas que inició, entre ellas Dortronics (posteriormente adquirida por Sag Harbor Industries ^[12] ), Delta Controls (primero adquirida por Lori Lock Company y luego adquirida por Hanchett Entry Systems) y Delt-Rex Door Controls, todas ellas ubicadas en Connecticut. Otros ingenieros también dejaron estas empresas para formar sus propias empresas de fabricación de cierres electrónicos, incluida Highpower Security Products LLC en Meriden, Connecticut. Posteriormente se establecieron muchas otras empresas en los EE. UU., Canadá y en toda Asia para crear ofertas de productos adicionales para el cierre electromagnético de extracción directa.