Cerradura electromagnética

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

El principio de funcionamiento de una cerradura electromagnética se basa en el uso del electromagnetismo para bloquear una puerta al activarse. La fuerza de sujeción 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 . Consiste esencialmente en un electroimán que atrae un conductor con una fuerza suficiente para impedir que la puerta se abra. En un análisis más detallado, el dispositivo aprovecha el hecho de que una corriente que circula por una o más espiras de alambre (conocidas como solenoide ) produce un campo magnético. Esto funciona en el espacio libre , pero si el solenoide se enrolla alrededor de un núcleo ferromagnético , como el hierro dulce, el efecto del campo se amplifica considerablemente. Esto se debe a que los dominios magnéticos internos del material se alinean entre sí, aumentando notablemente la densidad de flujo magnético.

Utilizando la ley circuital de Ampère , se puede demostrar que la densidad de flujo magnético${\displaystyle B}$inducido por un solenoide de longitud efectiva${\displaystyle L}$con una actual${\displaystyle I}$a través de${\displaystyle N}$Los bucles vienen dados por la ecuación: $${\displaystyle B={\frac {\mu _{0}\mu _{r}IN}{L}}}$$ La fuerza${\displaystyle F}$entre el electroimán y la placa de armadura con área superficial${\displaystyle S}$La exposición al electroimán viene dada por la ecuación: $${\displaystyle F={\frac {B^{2}S}{2\mu _{0}}}}$$

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

Aunque el rendimiento real de un bloqueo magnético puede variar sustancialmente debido a diversas pérdidas (como la fuga de flujo entre el electroimán y el conductor), las ecuaciones ofrecen una buena idea de lo necesario para producir un bloqueo magnético potente. Por ejemplo, la fuerza del bloqueo es proporcional al cuadrado de la permeabilidad relativa del núcleo magnético. Dado que la permeabilidad relativa de un material puede variar desde aproximadamente 250 para el cobalto hasta aproximadamente 5000 para el hierro dulce y 7000 para el silicio - hierro , la elección del núcleo magnético puede tener un impacto importante en la fuerza del bloqueo magnético. También son relevantes la elección de la corriente, el número de espiras y la longitud efectiva del electroimán. ^{[ 1 ]}

Las cerraduras magnéticas ofrecen varias ventajas sobre las cerraduras convencionales y los pestillos eléctricos. Por ejemplo, su durabilidad y rapidez de funcionamiento las hacen muy útiles en entornos de oficina con mucho tránsito, donde la autenticación electrónica es necesaria.

La cerradura magnética es adecuada tanto para puertas que abren hacia adentro como hacia afuera. 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 una superficie 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 debido a la geometría del mismo. La cerradura magnética siempre debe instalarse en el lado seguro de la puerta. La mayoría de las instalaciones son de montaje superficial. Por seguridad, la cerradura magnética, los cables y los alambres deben pasar a través del marco de la puerta o montarse a ras con una moldura para cables. La instalación es sencilla. En aplicaciones de apertura hacia adentro, el electroimán se instala normalmente en la esquina de apertura de la puerta, en el dintel. Las cerraduras magnéticas también pueden instalarse verticalmente en la abertura de la puerta cuando se suministran con una carcasa de longitud completa. ^{[ 2 ]} Con esta configuración, la armadura se atornilla a través de la puerta y se orienta para que encaje con la cara del electroimán. La placa de la armadura y el electroimán deben tocarse para proporcionar la fuerza de sujeción de la cerradura. 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 la orienta para que encaje con el electroimán.

Las cerraduras magnéticas casi siempre forman parte de un sistema de seguridad electrónico completo . Dicho sistema puede consistir simplemente en un lector de tarjetas de acceso o ser más complejo, incluyendo la conexión a un ordenador central que supervisa la seguridad del edificio. Independientemente del sistema de cierre elegido, la seguridad contra incendios es un factor importante a tener en cuenta. ^{[ 3 ]}

Se han desarrollado otras variantes y mejoras en las cerraduras electromagnéticas. La más destacada es la cerradura de cizallamiento, donde la armadura no ejerce una fuerza de tracción directa, sino que la carga se aplica mediante cizallamiento, como un tope mecánico. La cerradura magnética de cizallamiento permite que una puerta se abra y cierre en ambas direcciones, a diferencia del tipo de tracción directa original (y ahora omnipresente), que normalmente funciona solo con apertura hacia adentro o hacia afuera. Para proporcionar a la cerradura magnética de cizallamiento la fuerza de sujeción adecuada, dos pasadores fijan la armadura al imán, asegurando así que este quede bloqueado en su posición.

El 2 de mayo de 1989, Arthur, Richard y David Geringer, de Security Door Controls, una empresa fabricante de hardware para control de accesos, patentaron una cerradura electromagnética de "cizallamiento" mejorada. El dispositivo descrito en sus diseños era, en principio, idéntico a la cerradura magnética moderna, compuesta por un electroimán y una placa de armadura. La patente no hacía referencia a los métodos de fabricación del electroimán y detallaba varias variaciones del diseño, incluyendo una que utilizaba una placa de armadura con resorte para acercarla al electroimán. La patente expiró el 2 de mayo de 2009. ^{[ 4 ]}

Una cerradura magnética tiene una placa metálica rodeada por una bobina de alambre que puede magnetizarse. El número de espiras determina la fuerza de sujeción 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 por cizallamiento: fuerza de sujeción de 2000 lbf (8900 N).  

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

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

Los dispositivos de cierre eléctricos pueden ser de tipo "a prueba de fallos" o "de seguridad contra fallos". Un dispositivo de cierre de seguridad contra fallos permanece bloqueado cuando se interrumpe el suministro eléctrico. Los dispositivos de cierre de seguridad contra fallos se desbloquean al desconectar la alimentación. Las cerraduras electromagnéticas de tracción directa son intrínsecamente a prueba de fallos. Normalmente, la parte electromagnética de la cerradura se fija al marco de la puerta y una placa de armadura correspondiente se fija a la puerta. Ambos componentes están en contacto cuando la puerta está cerrada. Cuando el electroimán se energiza, una corriente que lo atraviesa crea un flujo magnético que atrae la placa de armadura hacia el electroimán, generando así el bloqueo. Debido a que el área de contacto entre el 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 presión.

Las cerraduras electromagnéticas típicas para puertas individuales se ofrecen con capacidades de fuerza de retención dinámica de 600 lbf (2700 N) y 1200 lbf (5300 N) . Una cerradura magnética "a prueba de fallos" requiere alimentación eléctrica para permanecer bloqueada y, por lo general, no es adecuada para aplicaciones de alta seguridad, ya que es posible desactivarla interrumpiendo el suministro eléctrico. Sin embargo, al añadir un sensor de unión magnética a la cerradura y utilizar una fuente de alimentación con batería de respaldo, se pueden implementar algunas aplicaciones especializadas de mayor seguridad. Las cerraduras electromagnéticas son muy adecuadas para su uso en puertas de salida de emergencia con aplicaciones de seguridad contra incendios, ya que no tienen partes móviles y, por lo tanto, son menos propensas a fallar que otros tipos de cerraduras eléctricas, como los pestillos eléctricos .    

La resistencia de las cerraduras magnéticas actuales es comparable a la de las cerraduras convencionales y su funcionamiento cuesta menos que el de las bombillas convencionales . Un sistema de cierre electromagnético típico incluye mecanismos de liberación adicionales. Dado que las cerraduras electromagnéticas no interactúan con las manillas ni los pomos de la puerta, normalmente se instala un botón de liberación independiente cerca de la puerta que corta el suministro eléctrico. Este botón suele tener un temporizador que, al pulsarlo, mantiene la cerradura desbloqueada durante 15 o 30 segundos, de acuerdo con la normativa contra incendios de la NFPA . Además, la normativa contra incendios exige un segundo mecanismo de liberación. ^{[ 6 ]} Para desbloquear automáticamente la puerta por el lado de salida, se utiliza un sensor de movimiento o una barra antichoque con interruptor interno.

La primera cerradura electromagnética moderna de apertura directa fue diseñada por Sumner "Irving" Saphirstein en 1969 ^{[ 7 ] [ 8 ] [ 9 ]} para su instalación inicial en las puertas del Foro de Montreal . ^{[ 10 ]} Las preocupaciones de las autoridades locales sobre el riesgo de incendio al cerrar las puertas del Foro impulsaron a la administración a encontrar una solución de cierre que fuera segura durante un incidente de incendio. Saphirstein propuso inicialmente utilizar una pila lineal de pestillos de puerta para que funcionara como una cerradura electromagnética.

Estos topes de puerta se usaban tradicionalmente para mantener las puertas abiertas, pero Saphirstein creía que, en esta aplicación, podían adaptarse para funcionar como una cerradura a prueba de fallos. Tras un prototipo exitoso y su instalación en el Foro, Saphirstein continuó desarrollando y mejorando el diseño y fundó 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. Mucho después, en 1999, esta división fue vendida nuevamente a Ingersoll Rand Security Technologies. ^{[ 11 ]} La división fue cerrada recientemente en 2007 y transferida a otras divisiones dentro de Ingersoll Rand Security. Los empleados que participaron en las actividades de Locknetics fundaron otras empresas de cerraduras electromagnéticas, incluida Dynalock Corporation.

Saphirstein continuó desarrollando tecnologías de cierre electromagnético en otras empresas que él mismo fundó, entre ellas Dortronics (adquirida posteriormente por Sag Harbor Industries ^{[ 12 ]} ), Delta Controls (adquirida primero por Lori Lock Company y luego por Hanchett Entry Systems) y Delt-Rex Door Controls, todas ellas ubicadas en Connecticut. Otros ingenieros también abandonaron estas empresas para fundar sus propias compañías de fabricación de cerraduras electrónicas, como Highpower Security Products LLC en Meriden, Connecticut. Posteriormente, se establecieron muchas otras empresas en Estados Unidos, Canadá y Asia para crear una gama adicional de productos para la cerradura electromagnética de apertura directa.