MONTAJE / Sencilla alarma para ventana

Autor: Carlos Rodríguez Navarro (Almería)

La función de los medios activos es la de alertar local o remotamente de un intento de violación o sabotaje de las medidas de seguridad física establecidas, constituyendo el conjunto de medios activos lo que se denomina en el argot “seguridad electrónica”.

Dentro de cualquier esquema de seguridad, los detectores son los componentes básicos de éste, ya que estos son los iniciadores de la alarma. Su principal función es vigilar un área determinada, para transmitir una señal al equipo de seguridad, cuando se detecte una situación de alarma.

Dichos detectores se dividen, en función de su uso, en detectores de uso interior y detectores de uso exterior, siendo su elección función directa del área a controlar y del previsible agente causante de la intrusión: movimiento del intruso, desplazamiento del detector, presión sobre el detector, rotura del objeto protegido, vibración, etc.

Centrémonos en los detectores de uso interior, (que son los situados en el interior del local, instalación o establecimiento a proteger), éstos en función de su ubicación y de la causa desencadenante de la alarma podemos subdividirlos en detectores “de penetración” y “volumétricos”.

Los detectores de penetración controlan el acceso del intruso a través de las aberturas existentes en las paredes que limitan la zona a vigilar, generalmente sus fachadas, considerándose “aberturas” tanto los huecos previstos para puertas, ventanas, etc., como las superficies cuya resistencia sea sensiblemente inferior a la usual de la construcción (acristalamientos, tragaluces, etc.). Estos detectarán, por tanto, la apertura de los dispositivos practicables, así como la rotura de los elementos constructivos normalmente solidarios al muro o pared, antes de que se produzca la intrusión.

Los detectores volumétricos están diseñados para captar el desplazamiento de un intruso a partir de las perturbaciones que origina dicho desplazamiento en las condiciones ambientales de volumen protegido. Pueden ser interiores (se usan para recintos cerrados) y los de exteriores para la intemperie, y su diferencia no está solo en qué carcasas han de soportar las inclemencias de la intemperie, (en un caso obviamente sí y en otro no), sino además por la capacidad de distinguir entre las variaciones ambientales (no provocadas por el intruso dando lugar a falsas detecciones) y las situaciones de intrusión real.

Una segunda clasificación de detectores más exhaustiva que la anterior que sólo atiende principalmente a la ubicación, se debe a las diferentes formas de sus áreas de cobertura:

1. Puntuales: aquellos que protegen un punto, por ejemplo la apertura de una puerta. Básicamente se basan en contactos mecánicos o magnéticos (ampollas reed que describiremos más adelante).

2. Lineales: aquellos que protegen una línea de puntos, por ejemplo, un pasillo. Pueden construirse basándose en la interrupción de una barrera infrarroja (o láser) o simplemente por el contacto entre hilos.

3. Superficiales: aquellos que protegen una superficie, por ejemplo, un cristal. Se construyen en base a varias tecnologías:

INERCIALES: Su funcionamiento se basa en la detección de las vibraciones de las superficies (vidrios, muros, vallas, etc.), mediante un sensor que en su interior dispone de elementos móviles que al producirse la agresión abre y cierra los contactos eléctricos. Los más comunes son los contactos de péndulo, pero también existen sensores de mercurio (consistente en una pantalla de vidrio conteniendo mercurio en su interior y en la que están inmersos los terminales del circuito detector ejerciendo como un contacto normalmente cerrado) y también merece la pena citar a los de esfera consistentes en una masa metálica, esfera, soportada por unas guías conectadas a estas los contactos.

PIEZOELECTRICOS: También llamados sísmicos. Transforman las vibraciones mecánicas en una señal eléctrica a través de una cápsula piezoeléctrica, similar a las utilizadas en los micrófonos, que después de la ampliación y filtrado producen la señal de alarma. La sensibilidad de los detectores es regulable y en todo caso los detectores se fabrican de tal forma que las vibraciones ambientales no les influyan al objeto de evitar las falsas alarmas. Se usan en muros, cámaras acorazadas, cajas fuertes y lugares de alto riesgo, con idea de que la detección se dé al inicio del intento de intrusión.

ALFOMBRAS DE PRESION: Están construidas por láminas o placas metálicas que entran en contacto al ser presionadas por el peso de la persona cerrando el circuito que forma. En su ventaja está que son baratas, pero con el inconveniente de su escasa duración y posible vulnerabilidad, si se conoce su existencia.

REDES CONDUCTORAS: Dispositivo de protección basado en la aplicación de una cinta o red conductora (adherida o embebida) a cualquier tipo de superficie, de tal forma que no pueda producirse el paso de una persona sin provocar la señal de alarma. La cinta se conecta al bucle de alarma manteniendo una continuidad eléctrica que cuando se pierda, por rotura o por puente eléctrico, entre ambos lados del bucle, se produce una situación de alarma.

En zonas acristaladas, la disposición de la cinta suele hacerse por recorrido de su perímetro en cristales normales formando recorridos paralelos a distancias menores de 15 cm. También tiene aplicación en muros de cámaras acorazadas con los inconvenientes de un coste elevado y dificultad de implantación.

4. Volumétricos: aquellos que protegen un volumen, por ejemplo, una habitación. Dependiendo del principio de funcionamiento distinguiremos los siguientes:

MICROONDAS: También conocidos como “radares”, emiten energía electromagnética, a una frecuencia normalmente de 10 Ghz, que tras rebotar y reflejarse en las paredes del recinto protegido, alcanza la etapa receptora. Si en el recinto no hay ningún movimiento, las frecuencias de las señales emitidas y recibidas son las mismas. Sin embargo si en el recinto hay algún movimiento (intruso), parte de la señal que llega al receptor posee diferente frecuencia que la que lanzó el transmisor. Esta diferencia de frecuencia es la que hace provocar la alarma y enviarla al cuadro de control del sistema. Los microondas están formados por un solo transmisor/receptor. Su aplicación goza de gran efectividad y sensibilidad, siendo el campo de cobertura de una gran variedad de formas, alcance y ángulo de cobertura, según el modelo utilizado. En instalaciones de alta seguridad, se utilizan detectores dotados con sistema de antienmascaramiento, es decir, disponen de una salida adicional de alarma que se activa en el caso de tapar con elementos no permeables al microondas.

ULTRASONIDOS: Basan su funcionamiento en el efecto Doppler, mediante la emisión y recepción de ondas ultrasónicas (entre 22 Khz y 45Khz). Básicamente están formados por: un transmisor de ultrasonidos, un receptor de ultrasonidos y un circuito de control que procesa las señales.

INFRARROJOS PASIVOS: Todos los cuerpos emiten radiaciones infrarrojas si están a una temperatura superior al cero absoluto (-273 C). Esta propiedad ha llevado a diseñar elementos que traduzcan la energía térmica en respuesta eléctrica para detectar presencia de intrusos en recintos protegidos. El funcionamiento de los infrarrojos pasivos es el siguiente: es un detector que dispone de un sensor piroeléctrico, que genera en sus bornes una débil corriente cuando recibe una variación de radiación infrarroja, y que su principio se utiliza para detectar la presencia de un intruso que emitiendo señales infrarrojas, puede modificar la cantidad de infrarrojos recibidos por el captador en relación a la cantidad emitida por el entorno ambiental.

Este detector vigila el campo infrarrojo del local en donde se encuentra instalado. Una variación suficiente en amplitud, en velocidad y en duración de este campo provocará la alarma. Son pasivos porque no emiten ningún tipo de señal. Por ello pueden instalarse tantos detectores como se considere aconsejable en un mismo local, sin riesgo de interferencia entre ellos. Solo requieren el ajuste de su orientación, con el inconveniente de que pueden producir falsas alarmas por presencia de pequeños animales y sus prestaciones dependen mucho de la temperatura ambiental.

DE SONIDO: Detectan sonidos que superan un cierto nivel de amplitud. Estaba prácticamente en desuso, debido a que sólo debían instalarse en recintos dispuestos con un excelente aislamiento, pero modernamente gracias al procesado digital de señales existen sensores específicos para la detección de determinados eventos (por ejemplo, la rotura de un cristal).

DE LUZ: Detectan niveles de iluminación en recintos cerrados sin entrada de luz exterior. Prácticamente en desuso.

CAPACITIVOS: Captan la proximidad de un intruso a un objeto metálico ya que varía la constante dieléctrica del ambiente y por tanto, la capacidad eléctrica entre el intruso y la tierra de referencia.

Son muy selectivos, pero con el inconveniente de que necesita una instalación muy cuidadosa y pueden producir falsas alarmas por interferencias radioeléctricas. Utilizados especialmente para la protección de muebles u objetos metálicos susceptibles de ser aislados eléctricamente. El equipo se adapta a las características del objeto protegido mediante un conmutador que permite variar el campo de capacidad.

COMBINADOS O DE DOBLE TECNOLOGÍA: Utilizando dos tecnologías independientes, están acoplados entre sí y poseen una sola salida de alarma. La alarma se produce pues cuando se disparan dos tecnologías. Las tecnologías que suelen utilizarse son los ultrasonidos con infrarrojos pasivo o microondas con infrarrojos pasivo. Para saltar la alarma se tienen que disparar las dos, y para evitar falsas alarmas, se utiliza la conexión AND. En el caso de proteger recintos de alto riesgo se suelen conectar en tipo OR, es decir, la alarma se activará cuando detecte alguna de las dos.

AMPOLLAS REED

Sencilla alarma fig1Son dispositivos compuestos de dos piezas enfrentadas, compuestas por dos láminas metálicas flexibles dentro de una ampolla de cristal al vacío que forman un contacto normalmente abierto (aunque también existen con contactos normalmente cerrados e incluso de 3 contactos: 2 normalmente abiertos y 2 normalmente cerrados compartiendo un hilo común) y a cuyos extremos están soldados los hilos que se utilizaran dentro del bucle de detección.

Esta ampolla reed se completa con un imán permanente cuyo campo magnético ejercerá una fuerza magnética sobre los citados contactos cuando ambas piezas están enfrentadas. De este modo si se modifica la situación relativa de las mismas el campo magnético dejará de ejercer su acción sobre los contactos cerrándose o abriéndose según sea de tipo N.A. o N.C (este cambio pues puede considerarse como una alarma).

Vemos pues como el conjunto ampollareed e imán permanente tienen una utilidad ostensible para detectar la apertura de puertas, ventanas y desplazamientos de objetos portátiles, instalándose la pieza que contiene los contactos en la parte fija y el imán en la móvil. Estas ampollas son la pieza estrella en las instalaciones de alarmas por sus múltiples ventajas: simplicidad de instalación, su bajo costo, bajo nivel de falsas alarmas (por tanto, alta fiabilidad), larga vida útil y bajísimo mantenimiento(recordemos que los contactos están al vacío y además normalmente circula muy baja corriente por ellos).

Comercialmente el conjunto ampolla reed-imán permanente se distribuye encapsulando ambas en su forma más simple sobre dos pequeñas cajitas dejando orificios para su sujeción con tornillos o remaches sobre el elemento a proteger. Una forma más ingeniosa es integrar ambas partes dentro del propio marco de puerta o ventana a proteger, pero obviamente esto puede requerir de una instalación más compleja aunque de este modo quedan totalmente desapercibidos. Estos contactos reed, presentan no obstante, el inconveniente de que podría producirse la intrusión a través de la zona protegida, puerta o ventana, sin necesidad de abrirla, por ejemplo, a través de ella.

EL CIRCUITO

Fig 2. Circuito sensores

Fig 2. Circuito sensores

Puesto que las ventanas o puertas son elementos de una vivienda muy sensibles a la intrusión se ha pensado un circuito de protección de estos elementos lo más fiable posible, que al mismo tiempo sea simple y sencillo de construir e instalar. Para este cometido por su alta fiabilidad, bajo costo y fácil instalación se ha decidido el uso de contactos reed como detectores de penetración puntuales.

Sencilla alarma fig3

Dado que nos apoyaremos en ampollas reed para formar el bucle de alarma y éstos son circuitos normalmente abiertos (cerrados ante la acción del campo magnético), el bucle de alarma se constituirá por ampollas reed en serie (tantas como se precisen). Como en todo circuito serie, ante la interrupción de un solo elemento, el circuito quedará abierto (debiendo ser ésta la condición de alarma), para lo cual necesitaremos un elemento que nos invierta la citada condición (al trabajar en modo inverso pues cerrado o VBAT es no alarma y abierto ó 0 Vol. es alarma).

Para este cometido se ha utilizado un simple transistor NPN de baja potencia y bajo coste: el BC 547B trabajando en modo conmutación, de modo que cuando el bucle está cerrado la red de protección R4, R6 y R5 aseguran la saturación de Q1 por la baja corriente (aprox. 2mA) proporcionada a la base de Q1 hasta que se interrumpa S2 o S3, el cual pasará al corte (ya que dejará de haber tensión en su base).

Con este pequeño circuito pues vemos que según se abra o no la red de sensores, en VCE tendremos una tensión de mando directamente dependiente del estado del bucle de alarmas: S2 o S3 abiertos – Q1 abierto –VCE aproximadamente VBAT S2 y S3 cerrados – Q1 en saturación – VCE aproximadamente 0 Vol.

Aún contando con el circuito de Q1 y sus anexos de una función directamente proporcional al estado de la red de sensores existe una seria condición que debería cumplir cualquier circuito de alarma: el enclavamiento.

En efecto si se interrumpe el bucle de alarma sería deseable que el circuito quedara en condición de alarma aún cuando se vuelva a cerrar el circuito (es decir, desaparezca la fuente que ha provocado la alarma), de esta forma el usuario perciba de la condición de alarma y proceda a reponer el circuito para dejarlo otra vez preparado para la detección de un nuevo evento de alarma.

Para conseguir el citado enclavamiento se ha optado por utilizar un tiristor de baja potencia y bajísimo coste: el 2N5061. Este tiristor se comporta en corriente continua como un circuito abierto o de “corte”, donde la resistencia entre el ánodo y cátodo es muy elevada hasta que activa su compuerta (GATE) con una pequeña corriente denominada corriente de puerta (si se cierra el interruptor S2 ó S3) pasando a estado de conducción (llamado también “de cebado”) comportándose como un diodo en polarización directa (donde la resistencia entre ánodo y cátodo es muy baja) pero con la peculiaridad de que se queda conduciendo y se mantiene indefinidamente así (aún eliminando la tensión de puerta ) a no ser, que se cumpla alguna de las siguientes condiciones:

-El voltaje VBAT debe ser reducido a 0 Voltios (es decir si se suprime la alimentación del circuito).

-Si se disminuye lentamente el voltaje (tensión), el tiristor seguirá conduciendo hasta que por él pase una cantidad de corriente menor a la llamada “corriente de mantenimiento o de retención“, lo que causará que el tiristor deje de conducir aunque la tensión VG (voltaje de la compuerta con respecto a tierra no sea cero).

Como puede verse el circuito presentado más abajo con un solo tiristor es perfectamente utilizable con la condición de que los sensores estén abiertos ante la acción del campo magnético (es decir en condición de trabajo cerrado: NC).

Cómo peculiaridad destaca que el circuito de protección ahora no es un lazo cerrado, sino un circuito abierto que se cierra solo en condición de alarma. Dado que es bastante difícil y altamente costoso encontrar estos sensores NC, este circuito lo reemplazaremos por el circuito (resultado de la unión de ambos circuitos propuestos) que utiliza esta vez con sensores magnéticos normales N.A.

El circuito tal y como puede apreciarse consta de un transistor Q1 que trabaja en modo conmutación, en cuyo circuito de colector hemos conectado un tiristor a través de una simple red RC formada por R2 y C1. Normalmente si S2, S3 permanecen cerrados, Q1 permanecerá saturado no circulando corriente por R2 con lo que el tiristor permanecerá abierto (o en estado de no conducción).

Si eventualmente se abre S2 o S3 , dejará de haber tensión en la base de Q1, pasando al corte, circulará entonces la corriente por R3 y R2 pasando el tiristor a estado de “cebado”; permaneciendo así aún cuando S2 y S2 vuelvan a estar cerrados y en consecuencia Q1 vuelva a pasar a la saturación.

CONSTRUCCION PRÁCTICA

Sencilla alarma fig4Dado lo sencillo del circuito se aconseja la construcción de éste en una pequeña placa de circuito impreso de puntos en la que incluiremos todos los elementos activos y pasivos del esquema (incluyendo el zumbador que también tiene polaridad), poniendo especial cuidado en la serigrafía de los semiconductores y la polaridad del único condensador.

De este circuito tan solo irán 4 conexiones al exterior: dos serán para el bucle de alarma (al que conectaremos todos los sensores que se vayan a usar en serie) y los otros dos son para la conexión a la pila, la cual deberemos prestar atención especial respecto a la polaridad, y entre las que conectaremos en serie un interruptor para la activación y desactivación del circuito.

En cuanto a los sensores bien pueden ser simples interruptores (su colocación puede que sea un poco más compleja), cinta conductora o por ultimo pueden ser sensores magnéticos basados en ampollas reed.

Estos últimos sensores pueden ser adquiridos directamente en las tiendas del ramo como conjunto (los hay de superficie o para empotrar) o bien puede construírselos uno mismo con un simple imán permanente pequeño para el lado móvil y una pequeña ampolla reed fijo (la cual puede adquirirse por separado a un precio mucho más económico) para el lado móvil. Obviamente, dado lo frágil de esta ampolla, cubriremos ésta con pequeño macarrón de plástico y tendremos especial cuidado soldando los hilos a ésta.

Esta última solución si se dispone de los imanes permanentes es quizás más aconsejable si se cuenta con un presupuesto reducido y deseamos instalar varias unidades (el precio del conjunto bajará considerablemente).

INSTALACION DEL CIRCUITO DE PROTECCION

Sencilla alarma fig5Tal y como ya se ha comentado, está constituido por un circuito serie de interruptores magnéticos y/o cinta conductora encolada en las superficies internas de los vidrios de las ventanas. Los interruptores magnéticos se colocarán en la parte no móvil de la ventana, instalándose los imanes sobre los paños móviles de modo que cuando la ventana esté cerrada ambas partes estén perfectamente alineadas.

Lógicamente por cada hoja de ventana (al menos que no sea posible el movimiento de alguna) debería colocarse una pareja contacto magnético e imán permanente, conexionado los hilos de cada interruptor en serie. Adicionalmente puede instalarse una cinta conductora para ofrecer una mayor seguridad (en caso de rompimiento).

Esta se adhiere cruzando el vidrio o en torno a esté conectando después los dos extremos a los contactos fijados en el marco de la ventana, de modo que si ésta fuese forzada por un intruso, la cinta se rompería e interrumpiría el circuito haciendo sonar la alarma. Además de los interruptores magnéticos, existen interruptores mecánicos que pueden emplearse, si bien su instalación puede ser sumamente más compleja.

Dado el bajo consumo de la instalación aunque pueden instalarse tantos interruptores serie como se precise salvando la distancia que se requiera, dado lo engorroso del cableado, puesto que el circuito es autónomo y muy económico es muy interesante instalar cada pequeño grupo de ventanas (por ejemplo por salas o habitaciones) con un solo circuito. Por último, el cableado de los sensores puede ser la mínima sección ya que la corriente que circulará por éstos apenas llegará a los 2mA.

Sencilla alarma componentes

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