UNIVERSIDAD NACIONAL DE LOJA

ÁREA de la energía, las industrias y los recursos naturales no renovables

CARRERA Ingeniería en Electrónica y Telecomunicaciones

COMUNICACIONES ÓPTICAS VII Módulo TEMA:Consulta “COMPOSICION DEL CABLE DE f.o.,DISEÑO DEL CABLE DE F.O., ESTRUCTURA DEL CABLE DE F.O.”DOCENTE:Ing. KLEVER CARRIÓNINTEGRANTESJOHN SIGCHOWILMER POMA DENIS CUEVA SHUBERT CASTROLOJA-ECUADOR

2012-2013

COMPOSICIÓN DEL CABLE DE FIBRA ÓPTICA

Una fibra óptica consta de un cilindro de vidrio extremadamente delgado, denominado núcleo, recubierto por una capa de vidrio concéntrica, conocida como revestimiento. Las fibras a veces son de plástico. El plástico es más fácil de instalar, pero no puede llevar lospulsos de luz a distancias tan grandes como el vidrio.

Fig.1 Composicion del cable

Debido a que los hilos de vidrio pasan las señales en una sola dirección, un cable consta de dos hilos en envolturas separadas. Un hilo transmite y el otro recibe. Una capa de plástico de refuerzo alrededor de cada hilo de vidrio y las fibras Kevlar ofrece solidez. En el conector de fibra óptica, las fibras de Kevlar se colocan entre los dos cables. Al igual que sus homólogos (par trenzado y coaxial), los cables de fibra óptica se encierran en un revestimiento de plástico para su protección

Las transmisiones del cable de fibra óptica no están sujetas a intermodulaciones eléctricas y son extremadamente rápidas, comúnmente transmiten a unos 100 Mbps, con velocidades demostradas de hasta 1 gigabit por segundo (Gbps). Pueden transportar una señal (el pulso de luz) varios kilómetros.

ELEMENTOS Y DISEÑO DEL CABLE DE FIBRA ÓPTICA

La estructura de un cable de fibra óptica dependerá en gran medida de la función que deba desempeñar esa fibra. A pesar de esto, todos los cables tienen unos elementos comunes que deben ser considerados y que comprenden: el revestimiento secundario de la fibra o fibras que contiene; los elementos estructurales y de refuerzo; la funda exterior del cable, y las protecciones contra el agua. Existen tres tipos de “revestimiento secundario”:

“Revestimiento ceñido”: Consiste en un material (generalmente plástico duro como el nylon o el poliéster) que forma una corona anular maciza situada en contacto directo con el revestimiento primario. Esto genera un diámetro externo final que oscila entre 0’5 y 1 mm. Esto proporciona a la fibra una protección contra microcurvaturas, con la salvedad del momento de su montaje, que hay que vigilar que no las produzca ella misma.

“Revestimiento holgado hueco”: Proporciona una cavidad sobredimensionada. Se emplea un tubo hueco extruido (construido pasando un metal candente por el plástico) de material duro, pero flexible, con un diámetro variable de 1 a 2 mm. El tubo aísla a la fibra de vibraciones y variaciones mecánicas y de temperatura externas.

“Revestimiento holgado con relleno”: El revestimiento holgado anterior se puede rellenar de un compuesto resistente a la humedad, con el objetivo de impedir el paso del agua a la fibra. Además ha de ser suave, dermatológicamente inocuo, fácil de extraer, autorregenerativo y estable para un rango de temperaturas que oscila entre los ¬ 55 y los 85 °C Es frecuente el empleo de derivados del petróleo y compuestos de silicona para este cometido.

ELEMENTOS ESTRUCTURALES DEL CABLE DE FIBRA OPTICA

Los elementos estructurales no son cable y tienen como misión proporcionar el núcleo de no alrededor del cual se sustentan las fibras, ya sean trenzadas alrededor de él o dispersándose de forma paralela a él en ranuras practicadas sobre el elemento a tal efecto.

Elementos de refuerzo

Tienen por misión soportar la tracción a la que éste se ve sometido para que ninguna de sus fibras sufra una elongación superior a la permitida. También debe evitar posibles torsiones. Han de ser materiales flexibles y, ya que se emplearán kilómetros de ellos han de tener un coste asequible. Se suelen utilizar materiales como el acero, Kevlar y la fibra de vidrio.

Funda

Por último, todo cable posee una funda, generalmente de plástico cuyo objetivo es proteger el núcleo que contiene el medio de transmisión frente a fenómenos externos a éste como son la temperatura, la humedad, el fuego, los golpes externos, etc. Dependiendo de para qué sea destinada la fibra, la composición de la funda variará. Por ejemplo, si va a ser instalada en canalizaciones de planta exterior, debido al peso y a la tracción bastará con un revestimiento de polietileno extruido. Si el cable va a ser aéreo, donde sólo importa la tracción en el momento de la instalación nos preocupará más que la funda ofrezca resistencia a las heladas y al viento. Si va a ser enterrado, querremos una funda que, aunque sea más pesada, soporte golpes y aplastamientos externos. En el caso de las fibras submarinas la funda será una compleja superposición de varias capas con diversas funciones aislantes.

Cable de estructura holgada

Consta de varios tubos de fibra rodeando un miembro central de refuerzo, y rodeado de una cubierta protectora. El rasgo distintivo de este tipo de cable son los tubos de fibra. Cada tubo, de dos a tres milímetros de diámetro, lleva varias fibras ópticas que descansan

holgadamente en él. Los tubos pueden ser huecos o, más comúnmente estar llenos de un gel resistente al agua que impide que ésta entre en la fibra. El tubo holgado aísla la fibra de las fuerzas mecánicas exteriores que se ejerzan sobre el cable.

Cable de tubo Holgado

El centro del cable contiene un elemento de refuerzo, que puede ser acero, Kevlar o un material similar. Este miembro proporciona al cable refuerzo y soporte durante las operaciones de tendido, así corno en las posiciones de instalación permanente. Debería amarrarse siempre con seguridad a la polea de tendido durante las operaciones de tendido del cable, y a los anclajes apropiados que hay en cajas de empalmes o paneles de conexión.

Tubo holgado de cable de fibra óptica

Los cables de estructura holgada se usan en la mayoría de las instalaciones exteriores, incluyendo aplicaciones aéreas, en tubos o conductos y en instalaciones directamente enterradas. El cable de estructura holgada no es muy adecuado para instalaciones en recorridos muy verticales, porque existe la posibilidad de que el gel interno fluya o que las fibras se muevan.

Cable de estructura ajustada

Contiene varias fibras con protección secundaria que rodean un miembro central de tracción, y todo ello cubierto dc una protección exterior. La protección secundaria de la

fibra consiste en una cubierta plástica de 900 μm de diámetro que rodea a! recubrimiento de 250 μm de la fibra óptica.

Cable de estructura ajustada

La protección secundaria proporciona a cada fibra individual una protección adicional frente al entorno así como un soporte físico. Esto permite a la fibra ser conectada directamente (conector instalado directamente en el cable de la fibra), sin la protección que ofrece una bandeja de empalmes. Para algunas instalaciones esto puede reducir cl coste de la instalación y disminuir el número de empalmes en un tendido de fibra. Debido al diseño ajustado del cable, es más sensible a las cargas de estiramiento o tracción y puede ver incrementadas las pérdidas por microcurvaturas.

Por una parte, un cable de estructura ajustada es más flexible y tiene un radio de curvatura más pequeño que el que tienen los cables de estructura holgada. En primer lugar. es un cable que se ha diseñado para instalaciones en el interior de los edificios. También se puede instalar en tendidos verticales más elevados que los cables de estructura holgada, debido al soporte individual de que dispone cada fibra.

Cable blindado

Tienen tina coraza protectora o armadura de acero debajo de la cubierta de polietileno. Esto proporciona al cable una resistencia excelente al aplastamiento y propiedades de protección frente a roedores. Se usa frecuentemente en aplicaciones de enterramiento directo o para instalaciones en entornos de industrias pesadas. El cable se encuentra disponible generalmente en estructura holgada aunque también hay cables de estructura ajustada.

Cable de fibra óptica con armadura

TENDIDO DE CABLES POR CONDUCCIONES SUBTERRÁNEAS

Este tipo de trabajo consiste en tender los cables de fibra óptica a través de un entramado de canalizaciones formadas por tuberías, normalmente de PVC, de diferentes diámetros. Se realiza habitualmente desde lo que se llaman cámaras de registro (CR), que no son otra cosa que los lugares en los que comienzan y terminan las diferentes canalizaciones.

Con relación a los trabajos realizados en estas cámaras de registro, que son los más típicos y frecuentes, los accidentes más importantes y graves, se producen por la acumulación de gases, especialmente en zonas urbanas, o por falta de oxígeno. Estas acumulaciones se pueden dar bien porque los gases se producen en las cámaras de registro o bien porque acceden a ella por los conductos de las canalizaciones o a través de fisuras existentes en la propia cámara de registro. Otro de los motivos de la falta de oxígeno, puede ser el prolongado periodo de tiempo en el que las cámaras de registro no han sido abiertas. Por todo ello es muy importante una correcta ventilación de las cámaras de registro antes de proceder a bajar para trabajar en las mismas. Esta ventilación puede realizarse bien dejándola abierta un periodo suficiente de tiempo o bien por medios mecánicos, insuflándole aire limpio

En los trabajos realizados en las cámaras de registro los accidentes más importantes y graves, se producen por la acumulación de gases, especialmente en zonas urbanas, o por falta de oxígeno.

Para trabajar en estos lugares, siempre se debe quedar un operario fuera de la cámaras de registro mientras otro trabaja dentro de la misma, y además el que está dentro, deberá llevar en todo momento un detector de gases con aviso acústico y luminoso. Antes de introducirse en una cámara de registro, el operario introducirá el detector, por medio de una cuerda, hasta el fondo de la misma, ya que hay gases que quedan depositados en el fondo.

Una vez comprobado el estado de la cámaras de registro, el operario deberá colocarse de tal manera que le sea posible el acceso al exterior de la forma más inmediata posible y denunciará a su encargado cualquier anomalía que detecte. El operario que se encuentre fuera deberá estar atento en todo momento al que trabaja en el interior y dispondrá de un ventilador para usarlo en caso de emergencia.

Otra causa de siniestralidad en este tipo de trabajos está relacionada con el tráfico. Muy habitualmente las bocas de las cámaras de registro se encuentran en la calzada, por lo que la proximidad, a pesar de la señalización, del tráfico rodado, hace que este trabajo sea bastante peligroso.

En otro orden, podríamos considerar, como riesgo a largo plazo, el ocasionado por la apertura y cierre de las tapas de las cámaras de registro. Normalmente y para soportar el peso, las tapas suelen ser de hierro o de hormigón reforzado con lo que adquieren un peso considerable.

Al estar a ras de tierra y disponer generalmente de pocos puntos de agarre, obligan a los operarios a realizar su apertura doblando la espalda y tirando de ellas, por lo que las lesiones de espalda son habituales.

INSTALACIÓN AÉREA DE CABLE DE FIBRA ÓPTICA

ALTERNATIVAS

En general para el tendido de fibra óptica en la estructura de transmisión aérea de energía existente tres alternativas.

Colgado por las líneas de alta tensión usando cable ADSS (All Dielectric self-Supported).

Embutido en cable de guarda tipo OPGW (Optical Ground Wire).

Adosado el cable de guarda a una de las líneas de fase. Esta opción tiene modalidades: devanado, engrapado o colgado. La primera de ellas puede ser realizada mediante máquinas automáticas con control remoto

Fig.3 instalaciones aéreas

PARA LA INSTALACIÓN AÉREA.

Que se utilicen postes de madera, cemento, acero, fibra o plástico, en función dela valoración económica y de impacto medioambiental realizada.

Que el cable debe atarse o enrollarse a un cable/hilo de soporte o se debe utilizar un cable auto soportado.

Que se suspenda el cable de todos los postes, aunque en situaciones particulares, tales como: Postes de empalme; Final de la ruta; Cruces de ríos y carreteras; Cada cierto número de postes,

El cable debe anclarse (fijarse al poste) para que la mayor parte de su peso recaiga sobre el poste.

Se deja un trozo de cable en los puntos de empalme para la realización de los mismos.

CABLE SUBMARINO FIBRA ÓPTICA

La principal función del cable es proteger la fibra óptica a lo largo de la vida útil del sistema, incluyendo las operaciones de tendido, enterrado y recuperación. Una segunda función es que los elementos metálicos internos sean usados para monitorear el estado del sistema de transmisión y localizar las roturas del cable, además, los materiales

utilizados para su construcción están pensados para no tener algún impacto nocivo al medio, de hecho, se trata de materiales que se pueden integrar de forma casi natural al entorno

INSTALACIÓN DE CABLE SUBMARINO

Las grandes inversiones requeridas originaron que tradicionalmente el sector del cable submarino estuviese liderado por empresas con un potente músculo financiero, operando frecuentemente en régimen de monopolio. La importancia de los cables de fibra submarinos es enorme. Los cables submarinos concentran la mayor parte de los datos transmitidos en el mundo, con alrededor del 90% del tráfico. El 10% restante se transmite mediante satélites. Tender un cable submarino es tan complicado como poner un satélite en órbita. El cable y los repetidores son muy caros, el tendido lo realizan barcos especiales en una operación controlada al centímetro por computador. El cable es almacenado y probado en grandes tanques cilíndricos situados en las fábricas, antes de ser cargado a bordo del barco de tendido de cable.

Fig.4 Prueba de la fibra y puesta en cilindros para su carga

Es necesario tener una estación terminal que es la que controla las operaciones y en donde se encuentra el equipo alimentador. También hay que construir diferentes estaciones terrestre entre los lugares que se van a conectar, estás se llaman estaciones de amarre.

Fig.5 a) Estación terminal, b) Dentro de la estación.

Luego de su verificación, los cilindros se cargan en los barcos, dejando un extremo del cable en la orilla. El tendido físico del cable es bastante complejo. Los problemas de encauzamiento se pueden minimizar con el empleo de barcos especializados que llevan a cabo una investigación geofísica y geotécnica de la ruta propuesta y, si se localizan obstáculos, trabajan para encontrar las mejores alternativas. La ruta definida se debe ejecutar con una precisión de alrededor de 100 metros, incluso cuando el cable se tiende a profundidades de hasta 8000 metros. Se hace necesario conectar la estación terminal con la playa, entonces existe un cableado que va en forma terrestre. Las operaciones marinas comienzan situando el cable a flote desde el barco de cableado hasta la posición de tierra. Una vez que el extremo del cable está asegurado en la orilla, las bolsas de flotación se retiran permitiendo al cable asentarse en el mar.

El barco de cableado sigue entonces su ruta predeterminada: o con el cable enterrado en el lecho marino, lo que ayuda a prevenir peligros de rastreadores o anclas de barcos o bien, tendido en la superficie, conforme sea requerido. El cable que permanece en tierra se va introduciendo en bolsas de flotación antes de ser colocado en el lecho del mar.

Fig.6 Cable dentro de las bolsas de flotación

Los ajustes para tensar el cable y para posicionar el barco se hacen de forma continuada para asegurar la conformidad con la ruta del cable. Cuando el cable llega a su punto de

tierra de destino, un extremo del mismo que ha sido previamente instalado y mantenido a flote se lleva a bordo y se empalma al cable que está siendo tendido.

Además los cables son frágiles. Un fallo en el aislamiento puede inutilizar los repetidores o deteriorar las fibras. Las corrientes submarinas, terremotos, anclas y las redes de arrastre son un peligro constante. Barcos de reparación están en constante estado de alerta en todo el mundo.

Fig.7 Esquema de puesta del cable submarino en el lecho del mar.

CARACTERISTICAS MECANICAS DE LA FIBRA OPTICA

La F.O. como elemento resistente dispuesto en el interior de un cable formado por agregación de varias de ellas, no tiene características adecuadas de tracción que permitan su utilización - directa; es por esto que han de preverse una serie de elementos que la ayuden en ese aspecto e incluso que la sustituyan. Por otra parte, en la mayoría de los casos las

instalaciones se encuentran a la intemperie o en ambientes agresivos que pueden afectar al núcleo, lo cual debe impedirse para garantizar el - mantenimiento de las características ópticas y mecánicas del sistema. La investigacion sobre componentes optoelectrónicos y fibras opticas han traído consigo un - sensible aumento de la calidad de funcionamiento de los sistemas. En este contexto, parece -- cada vez más necesario disponer,para diversas aplicaciones,de cubiertas y protecciones de - calidad capaces de proteger a la fibra.Para alcanzar tal objetivo hay que tener en cuenta cier- tas cualidades de la misma,como son su sensibilidad a la curvatura y microcurvatura,la resis- tencia mecánica y las características de envejecimiento. Otro objetivo es minimizar las pérdidas adicionales por cableado y las variaciones de la ate- nuación con la temperatura, sin embargo,se observan resultados que demuestran la existencia de importantes diferencias sobre lo previsto.Tales diferencias se deben a diseños calculados a veces para mejorar otras propiedades,como la resistencia mecánica,la calidad de empalme, el coeficiente de relleno (número de fibras por mm2) o el costo de producción. Existen algunos parámetros importantes que deben tomarse en cuenta en el manejo del cable - de F.O., debido a sus propiedades mecánicas, ópticas y de transmisión, tales como microcur vaturas y tensiones. Deben vigilarse dichos parámetros para evitar daños en la estructura de la fibra, ya que estos provocarían incremento en la atenuación de la señal óptica. Tales parámetros se determinan por medio de los ensayos de: * Tensión: cuando se estira o contrae el cable se pueden causar fuerzas que rebasen el por-- centaje de elasticidad de la fibra óptica y se rompa o formen microcurvaturas. * Compresión: es el esfuerzo transversal. * Impacto: se debe principalmente a las protecciones del cable óptico. * Enrollamiento: existe siempre un límite para el ángulo de curvatura pero, la existencia del forro impide que se sobrepase. * Torsión: es el esfuerzo lateral y de tracción. * Limitaciones Térmicas: Estas limitaciones difieren en alto grado según se trate de fibras - realizadas a partir del vidrio o a partir de materiales sintéticos. 

P R O P A G A C I O N

La fibra es un medio de transmisión de información analógica o digital en la que los principios básicos de funcionamiento se justifican de forma clara,aunque poco rigurosa,aplicándole leyes de la óptica geométrica. Si se pretende entender rigurosamente el mecanismo de propagación - en el interior de la fibra, hay que recurrir a la resolución de las ecuaciones del campo electro- magnético; es decir, las ecuaciones de Maxwell. Básicamente,la fibra óptica está compuesta por una región cilíndrica, por la cual se efectúa la propagación,denominada núcleo y de una zona externa al núcleo y coaxial con él, totalmente - necesaria para que se produzca el mecanismo de propagación, y que se denomina envoltura o revestimiento. La capacidad de transmisión de información que tiene una fibra óptica depende de tres carac- terísticas fundamentales: a) Del diseño geométrico de la fibra. b) De las propiedades de los materiales empleados en su elaboración. (diseño óptico) c) De la anchura espectral de la fuente de luz utilizada. Cuanto mayor sea esta anchura, menor será la capacidad de transmisión de información de esa fibra. Las ondas

electromagnéticas viajan en el espacio a la velocidad de la luz, "C", en el aire es - casi la misma velocidad, pero en otros medios, tales ondas viajan a menor velocidad (Vm), - para conocer la diferencia de estas velocidades se introduce el índice de refracción como el cociente C/Vm. Cada material tiene un valor específico del índice de refracción;leves variantes en la compo- sición, como impurezas o dopante, afectan el valor del índice de refracción, alterándose tam- bién las propiedades ópticas del material. En las fibras ópticas ocurre esto, las diferencias entre núcleos y revestimiento están en la se- gunda y tercera cifra decimales del índice de refracción.

REFERENCIAS

http://www.robertexto.com/archivo7/fibraopt.htm

http://docs.commscope.com/Public/Fiber_Const_es.pdf

http://es.wikipedia.org/wiki/Fibra_%C3%B3ptica#Elementos_y_dise.C3.B1o_del_cable_de_fibra_.C3.B3ptica

http://modul.galeon.com/aficiones1366320.html

http://www.textoscientificos.com/redes/fibraoptica/tiposfibra