Cabos ´ opticos

Um cabo ´optico ´e constitu´ıdo por m´ultiplas fibras ´opticas revestidas com algum material que a proporcione certa resistˆencia mecˆanica e prote¸c˜ao contra intemp´eries. S˜ao estruturas com encapsulamento que tem como fun¸c˜ao b´asica proteger e facilitar o manuseio das fibras. [19]

Nas redes de telecomunica¸c˜oes, os cabos ´opticos devem apresentar resistˆencia me- cˆanica satisfat´oria para que danos `as fibras no interior do cabo sejam evitados durante o procedimento de instala¸c˜ao e manuten¸c˜ao. Tamb´em devem prover um ´ındice de rigidez necess´aria onde curvaturas sejam suportadas sem que danifique as fibras ou atenuem o si- nal atrav´es da dispers˜ao por curvatura. Analisando-se o caso de um ambiente mais hostil, no caso de um cabo a´ereo que opere em condi¸c˜oes de temperaturas extremas ou ainda os cabos subterrˆaneos que est˜ao sujeitos `a penetra¸c˜ao de ´agua e outros solventes, os cabos devem se manter ´ıntegros protegendo as fibras.

As fibras ´opticas por possu´ırem uma alt´ıssima capacidade de transmiss˜ao, muito superior `a qualquer cabo met´alico ou sistema sem fio, se tornaram base para o cresci- mento de novas redes de comunica¸c˜ao, principalmente devido `a sua durabilidade e por n˜ao sofrerem interferˆencias que afetam os demais meios de transmiss˜ao. Os cabos s˜ao categorizados de acordo com o ambiente que ser´a instalado, pelo tipo de acomoda¸c˜ao e pela sua fun¸c˜ao, conforme observado na figura a seguir. [28]

A constru¸c˜ao dos cabos ´opticos acontece em v´arias etapas, utilizando-se diversos elementos, aplicando-se capas protetoras, enchimentos, encordoamentos. Tudo sendo exe- cutado sob o aux´ılio de equipamentos de n´ıvel industrial, efetuando-se a amarra¸c˜ao das fibras em torno de elementos de apoio e tra¸c˜ao.

No intuito de garantir a durabilidade de um cabo ´optico, ´e necess´ario n˜ao submeter as fibras a tens˜oes mecˆanicas excessivas que ultrapassem as que foram especificadas pelo fabricante. Com esse objetivo, durante o processo de fabrica¸c˜ao s˜ao utilizados elementos tensores e tubos que absorvem tais tens˜oes no cabo. Tais elementos s˜ao de suma impor- tˆancia durante sua constru¸c˜ao, pois al´em de assegurar a estabilidade do cabo, permitem uma f´acil identifica¸c˜ao das fibras no seu interior. [28]

Durante a fabrica¸c˜ao do cabo, fibra ´optica, ´e submetida a um processo onde ´e totalmente revestida por uma camada de prote¸c˜ao, onde as especifica¸c˜oes t´ecnicas dessa camada s˜ao definidas de acordo com o tipo de sistema ou instala¸c˜ao que ser´a feita. Os cabos, apesar de possu´ırem tais diferen¸cas, seguem o mesmo protocolo que garante uma transmiss˜ao sem perdas de suas caracter´ısticas, levando-se em considera¸c˜ao a prote¸c˜ao f´ısica durante e ap´os a instala¸c˜ao ser finalizada e uma durabilidade que acompanhe a vida ´

util do sistema onde est´a implementada. [19]

Nas aplica¸c˜oes no meio externo podemos categorizar os cabos ´opticos em dois modelos principais, com dois diferentes meios de preenchimento interno: os cabos de estrutura solta (cabo tipo Loose) e os de estrutura compacta (cabo tipo Tight ). [28] [29]

Figura 3.2: Compara¸c˜ao cabo ´optico tipo tight e tipo loose. [29]

Conforme a figura acima, podemos observar que os cabos para fins de aplica¸c˜ao externa obedecem a seguinte anatomia, resumidamente, de seu interior para seu exterior:

cabo, servindo de elemento tensor durante fabrica¸c˜ao/instala¸c˜ao.

- Tubos de Prote¸c˜ao: sobre o elemento central, as fibras ´opticas s˜ao alocadas dentro dos chamados tubos de prote¸c˜ao e os elementos de enchimento (caso seja necess´ario). Sobre essa estrutura, pode ou n˜ao ser aplicada um isolamento contra a umidade que pode ser constitu´ıda de geleia de petr´oleo OU polietileno.

- Elemento de Preenchimento: sob o conjunto formado anteriormente, preenche-se com geleia sint´eticas para evitar a entrada de umidade no cabo, eliminando-se qualquer espa¸co vazio.

- Revestimento: ap´os todos os processos anteriores ´e feito o revestimento, parte final que ´e feito com um material pl´astico aplicado por extrus˜ao (normalmente PVC).

- Prote¸c˜ao Adicional: caso exista a necessidade, pode-se incluir um elemento de refor¸co para esfor¸cos mecˆanicos, como exemplo pode-se citar: armadura convencional de duas fitas de a¸co aplicadas em sentido helicoidal, ou de uma s´o fita de a¸co no sentido lon- gitudinal e corrugada (utilizados em cabos que ser˜ao diretamente enterrados), ou ainda um tensor exterior (met´alico ou n˜ao), caso seja destinado `a instala¸c˜ao a´erea. [28]

Estrutura tipo loose

Os cabos desta categoria apresentam as fibras acondicionadas no interior de tubos pl´asticos (mais comumente conhecidos como tubos loose, tubos de transporte ou tubetes) com diˆametro interno muito maior que o diˆametro da fibra utilizada (entre 1mm e 3mm), e que proporciona a primeira prote¸c˜ao `as fibras ´opticas, isolando-as assim das tens˜oes que podem vir a afetar o cabo ´optico.

No interior do tubo acrescenta-se um material para preenchimento, na maioria dos casos ´e utilizado um tipo de gel sint´etico ou silicone, que acarreta em uma maior prote¸c˜ao contra varia¸c˜oes de temperatura, prote¸c˜ao extra contra contato com a ´agua e choques mecˆanicos.

Uma outra importante possibilidade desta categoria ´e o “cabo seco”, que funciona de maneira similar ao dito anteriormente, no entanto, ao inv´es de ser preenchido com o gel sint´etico, utiliza-se um composto com caracter´ısticas chamadas hidro expans´ıveis. Esse composto previne a umidade que surge no contato de ´agua com o cabo.

seu material de preenchimento, batiza-se como “unidade b´asica”. Al´em da unidade b´asica, tamb´em ´e introduzido um elemento de tra¸c˜ao constitu´ıdo de um pol´ımero sint´etico de grande resistˆencia que d´a sustenta¸c˜ao e rigidez ao conjunto para depois receberem um revestimento final. [15] [19] [28]

Figura 3.3: Sec¸c˜ao transversal cabo tipo loose. [28]

A estrutura Loose ´e interessante para cabos que s˜ao submetidos a elevadas tens˜oes durante o processo de instala¸c˜ao ou em opera¸c˜ao, como em redes a´ereas e submarinas em longas distˆancias, apresentando como caracter´ısticas:

- maior resistˆencia contra varia¸c˜oes de temperaturas: Com varia¸c˜oes da tempera- tura, o cabo tem por natureza o ato de expandir ou retrair, por´em com as fibras “soltas” dentro dos tubos de transporte n˜ao h´a esfor¸co sobre elas.

- maior prote¸c˜ao contra a umidade: A ´agua, em contato com a fibra, pode pro- vocar, ao longo do tempo, microfissuras. O gel de preenchimento acaba dificultando a penetra¸c˜ao da ´agua em um poss´ıvel rompimento do tubo.

A aplica¸c˜ao dos cabos com estruturas tipo loose ´e indicada em ambientes externos, por proteger as fibras de grandes varia¸c˜oes de temperatura e umidade, tendo em vista tal cen´ario o modelo torna-se o mais adequado para sistemas de telecomunica¸c˜oes.

N˜ao recomendado para ambientes internos, pela dificuldade de manuseio, devido ao seu volume f´ısico e por alguns modelos possu´ırem o gel de preenchimento derivados de petr´oleo, que ´e propagante a chamas. [28]

Os cabos que utilizam a estrutura tipo loose mais difundidos nas aplica¸c˜oes de redes ´opticas s˜ao:

1) Cabo Loose Tube: s˜ao cabos, com medida de diˆametro pequena, com tubos de transporte s˜ao preenchidos com 2 a 12 fibras no seu interior. Apresentam como vantagem um menor custo em cabos de baixa contagem. [28]

Figura 3.4: Cabo Loose Tube. [29]

2) Cabo Core Tube: os tubos de transporte tˆem diˆametro maior, podendo receber alta contagem de fibras (acima de 12). Apresenta como vantagem menor custo por fibra, tem maior facilidade na decapagem e menor diˆametro externo do cabo. [28]

3) Cabo Groove: tem n´ucleo ranhurado, em formato de estrela, para a acomoda¸c˜ao das fibras e dar dar resistˆencia mecˆanica ao conjunto. Esse tipo de interior permite um n´umero muito maior de fibras por cabo. [24]

Figura 3.5: Cabo Groove. [24]

4) Cabo Ribbon: neste cabo, as fibras s˜ao dispostas em fitas agrupadas em conjunto de 12, dentro de um tubo central de preenchimento. Como vantagem temos o custo por fibra, maior facilidade na decapagem, menor diˆametro externo do cabo e facilidade de identifica¸c˜ao devido `a disposi¸c˜ao das fibras. [29]

Figura 3.6: Cabo Ribbon. [30]

Estrutura tipo Tight

Nessa modalidade de cabo, o acrilato ´e o revestimento prim´ario, com o uso mais frequente, tal material apresenta uma resistˆencia `a flex˜ao das fibras. A estrutura ainda apresenta um revestimento secund´ario, em pl´astico ou poli´ester, que ´e aplicado direta- mente na fibra. Ao contr´ario da estrutura tipo loose, as fibras est˜ao em contato direta- mente com a estrutura do cabo e submetidas diretamente `as tens˜oes mecˆanicas aplicadas. [28]

O modo compacto (tight ) se apresenta com dimens˜ao menor, 0,9mm, 2mm e 3mm de espessura, permitindo a constru¸c˜ao de cabos multi-fibras com um n´umero maior e com maior resistˆencia a for¸cas de esmagamento. Algumas das aplica¸c˜oes para tal tipo de cabo podem ser citadas como:

- aplica¸c˜oes interedif´ıcios (subterrˆaneo);

- sistema de cabeamento prim´ario interno (entre pisos); - distribui¸c˜ao secund´aria, utilizando-se calhas e canaletas; - instala¸c˜ao em dutos congestionados; e

Figura 3.7: Sec¸c˜ao transvers˜ao estrutura tipo Tight. [28]

A estrutura tipo tight foi uma das primeiras a serem utilizadas nas redes de tele- comunica¸c˜oes. Nos dias atuais, seu uso ´e frequentemente empregado em aplica¸c˜oes como redes internas em curtas distˆancias e onde se faz necess´aria alta conectoriza¸c˜ao. Possuindo como caracter´ısticas:

- Flexibilidade: o revestimento adicional tem fun¸c˜ao de proteger a fibra contra microdobras que podem ocorrer na passagem de infraestruturas apertadas ou com muitas curvas. Apresenta um menor raio de curvatura nos cabos com n´umero baixo de fibras em seu interior.

- Manuseio: facilita o manuseio no lan¸camento e instala¸c˜ao de conectores dentro de distribuidores ´opticos e na montagem dos cord˜oes de manobras.

Sua aplica¸c˜ao ´e indicada, principalmente, em ambientes internos onde a passagem dos cabos exige maior prote¸c˜ao em rela¸c˜ao `as microdobras. N˜ao ´e indicado para instala¸c˜oes externas pois devido `as condi¸c˜oes muito longas e severas de exposi¸c˜ao a intemp´eries se torna mais fr´agil do que o tipo loose se tratando a varia¸c˜oes de temperatura e tra¸c˜ao externa.

Os cabos que utilizam a estrutura tipo tight mais difundidos nas aplica¸c˜oes de redes ´opticas s˜ao:

1) Cabo Breakout : neste cabo, cada fibra possui seu pr´oprio elemento de tra¸c˜ao e capa externa, sendo agrupadas e cobertas por uma outra capa externa secund´aria. A principal vantagem desse tipo de cabo ´e permitir a instala¸c˜ao de conectores, sem aux´ılio de caixas de termina¸c˜ao, garantindo a prote¸c˜ao das fibras e possibilitando manobras com

as mesmas. Durante o uso desse tipo de fibra elimina-se o uso de bastidores e cord˜oes ´

opticos pois este tipo de cabo pode realizar conex˜ao direta com os elementos ativos da rede. [27] [31]

Figura 3.8: Cabo Brerakout. [31]

2) Cabo Distribution: este cabo possui v´arias fibras individuais com apenas um ´

unico membro de resistˆencia de aramida em torno de todas as fibras. Essa categoria de cabo possui um revestimento prim´ario (acrilato) e um revestimento secund´ario (PVC) com elementos de tra¸c˜ao (fios de kevlar), formando uma estrutura que ´e, novamente, revestida (PVC) com material retardante a chamas, resistˆencia `a raios ultravioletas e fungos. Tal configura¸c˜ao possui diversas vantagens, como: diˆametro externo reduzido, alta flexibilidade, permite a termina¸c˜ao dos conectores diretamente na fibra. Recomenda- se sempre terminar esse tipo de cabo em algum tipo de bastidor ´optico, e a partir dos bastidores utilizar cord˜oes ´opticos para interligar com equipamentos ativos. [27] [31]

Figura 3.9: Cabo Distribution. [31]

3) cord˜ao ´optico: trata-se de cabos de fibra ´optica pr´e conectorizado em suas extremidades, para uso interno. O comprimento pode variar entre 1 a 20 metros. Sua principal fun¸c˜ao ´e a de interligar dispositivos ´opticos, pain´eis e equipamentos de testes, acess´orios de termina¸c˜ao dos cabos, tais como os Distribuidores Internos ´Opticos (DIO’s) e termina¸c˜oes ´opticas. [28]

4) Cabo Pigtail : ´e um cabo monofibra que possui o conector em apenas uma de suas extremidades. ´E usado para fazer a ponte entre os cabos ´opticos que n˜ao conectorizados (aplicando a emenda ´optica) com os cord˜oes ´opticos. [28]

Figura 3.10: Cabos: cord˜ao ´optico e Pigtail. [32] [33]

Outras estruturas de cabos ´opticos relevantes

1) Cabo de baixo atrito (Drop Low Friction): popularizado pela nomenclatura de ”cabo drop”, ´e constitu´ıdo por fibras ´opticas monomodo com uma baixa sensibilidade a curvatura e pode ser utilizado tanto em ambientes externos quanto em ambientes internos. Possui um elemento de sustenta¸c˜ao destac´avel. ´E revestido externamente em um material termopl´astico que tem como caracter´ısticas principais: n˜ao propagar chamas e prote¸c˜ao do cabo contra os raios UV. Esse tipo de cabo possui uma constru¸c˜ao bastante compacta, com tamanho reduzido e o formato que permite baixo atrito durante a instala¸c˜ao. Indicado para FTTx. [28]

Figura 3.11: Cabo Drop. [28]

2) Cabo blindado (Armored ): ´e um cabo que apresenta uma prote¸c˜ao met´alica adicional com um tubo corrugado. Sua principal vantagem ´e garantir uma melhor prote¸c˜ao para ambientes agressivos e de roedores, podendo assim ser enterrado diretamente no solo. [28]

3) Cabo Optical Ground Wire (OPGW): consiste em um cabo de transmiss˜ao de energia el´etrica contendo em seu interior uma unidade central com as fibras em uma estrutura loose que garante tens˜ao axial zero nas fibras de opera¸c˜ao. As vantagens desse cabo s˜ao: a diminui¸c˜ao dos custos de instala¸c˜ao devido um ´unico cabo realizar as duas fun¸c˜oes (transmiss˜ao de energia el´etrica e transmiss˜ao de dados) necessitando ent˜ao de apenas uma ´unica instala¸c˜ao. Dessa maneira, ele funciona em sistemas de alta capacidade, para instala¸c˜oes em linhas de transmiss˜ao de energia el´etrica. [28]

Figura 3.12: Cabo blindado e OPGW. [34] [35]

4) Cabos Submarinos: s˜ao usados em rios, lagos e oceanos. Seus requisitos de fabrica¸c˜ao s˜ao bem mais rigorosos, comparados aos cabos subterrˆaneos, devido as altas press˜oes exercidas pela ´agua. Os usados em rios e lagos, recebem v´arias camadas de prote¸c˜ao, com o objetivo de bloquear o contato com a ´agua e possuem um ou mais revestimentos interiores de polietileno e uma pesada armadura externa. Os fabricados para instala¸c˜ao em oceanos, possuem mais camadas de blindagem e fios de cobre para fornecer energia el´etrica a amplificadores ´opticos ou regeneradores submersos. [19]

Figura 3.13: Cabo submarino. [19]

5) Cabos h´ıbridos (Hybrid fiber copper - HFC ): os HFCs possuem condutores me- t´alicos associados `as fibras ´opticas. Normalmente, s˜ao utilizados em trechos de m´edias

e longas distˆancias, em instala¸c˜oes internas de redes e TV a cabo. Os cabos h´ıbridos possuem como desvantagem a dificuldade da instala¸c˜ao em ambientes internos e manu- ten¸c˜ao demorada no caso de um rompimento. Oferecem problemas para administra¸c˜ao do cabeamento em sistemas estruturados e apresentam um consider´avel n´ıvel de atenua¸c˜ao em grandes distˆancias. [19] [28]

Figura 3.14: Cabo h´ıbrido (HFC). [36]

Tabela 3.1: Aplica¸c˜oes e caracter´ısticas dos principais cabos ´opticos.

Tipo de cabo

Aplica¸c˜ao

Caracter´ıstica

Tight buffer

Rede de acesso e redes inter-

nas

Montagem de cord˜oes ´opti-

cos

Distribution

Rede de acesso e redes inter-

nas

Concentra¸c˜ao de fibras em

pequeno volume

Breakout

Rede de acesso e redes inter-

nas

Robustez e f´acil manuseio

em ambienres internos

Loose tube

Rede externa (alimenta¸c˜ao

e distribui¸c˜ao)

Seco ou com gel, aplica¸c˜oes

gerais em rede externa

Armored

Rede externa (alimenta¸c˜ao

e distribui¸c˜ao)

Prote¸c˜ao contra roedores e

outros danos mecˆanicos

Ribbon

Rede externa (alimenta¸c˜ao

e distribui¸c˜ao)

Alta contagem de fibras em

pequeno volume

[27]