RECUBRIMIENTO SECUNDARIO
El tipo de recubrimiento primario no es suficiente para asegurar el continuo mantenimiento de las propiedades ópticas de las FO durante la vida útil. Para elevar la resistencia a la tracción y a los esfuerzos mecánicos transversales, mediante el principio de reparto de carga, se acude a la colocación de un recubrimiento secundario de material con alto módulo elástico como poliamidas1), poliester, poliuretanos, etc.
Existen dos formas básicas de recubrimiento secundario: el adherente (tight) y el suelto (loose). En el tipo suelto se construye un tubo holgado de poli-butano con la FO en su interior. El espacio libre entre las paredes del tubo actúa como aislante mecánico y se rellena con un gel tixotrópico. En el adherente el tubo es más pequeño y el espacio se completa con un material de bajo módulo elástico, como la goma silicónica, que actúa de amortiguador (buffer) para el movimiento de la FO. Distintas variantes sobre estos dos tipos buscan aumentar el número de FO en un reducido espacio.
Desde el punto de vista del diámetro exterior la protección suelta es mayor (2 mm) que la adherente (0,9 mm). Pero, las
solicitaciones transversales y las dilataciones o contracciones por la variación de temperatura se transmiten desde el
recubrimiento a la FO en el adherente. Sin embargo, la protección en los extremos del tubo es más débil en el suelto. El
cambio de longitud de una FO de sílice para 1 Km de longitud entre 20 y 40°C es:
∆L= α.T.L= 1,1 cm
donde el coeficiente de expansión térmico lineal α es 5,5.10-7 por °C.
El recubrimiento secundario se realiza en una línea de estrusión, la que consiste en una cabeza estrusora alimentada desde una tolva con el material sintético. Mediante un motor unido a un huso (tornillo sin fin) se transporta el material a lo largo de varios estadios de calentamiento. La cabeza coloca el material fluido en forma de tubo holgado o adherido a la FO. Luego, con una batea con agua se enfría y se tracciona hacia el rollo. Tal procedimiento se muestra en la Fig 02. La línea puede estar preparada para manejar varias FO y para colocar un gel de relleno (jelly filling) tixotrópico para impedir la migración del agua o humedad dentro del tubo suelto. Hoy día estos materiales actúan como centros de absorción de H para FO en la segunda ventana 2).
En 1983 se encontró que el H reacciona con las FO y aumenta la atenuación principalmente más allá de 1 µm. Las fuentes de H son: la degradación de polímeros, la liberación desde metales (retienen H en trampas formadas por granos o dislocaciones; el Al libera H a 20°C y el acero por encima de 120°C), la corrosión galvánica (los hilos de acero revestidos de zinc con el agua de mar crean un par hierro-zinc que emite H por electrólisis) y las bacterias alógenas (fermentan sustratos orgánicos liberando H). Ahora bien, las FO aún con el recubrimiento secundario no están totalmente preparadas para la instalación y para una vida útil segura. Para lograr este objetivo se cablean las FO en un conjunto más apropiado.
NÚCLEO DEL CABLE
El cable consta de los siguientes elementos:
-refuerzo a la tracción;
-fibras ópticas FO;
-conductores metálicos;
-separadores de plásticos;
-rellenos para dar uniformidad cilíndrica;
-refuerzo de amortiguamiento radial;
-pantalla y cubierta exterior.
Las propiedades que debe cumplir el conjunto son: alta flexibilidad; bajo peso; alta resistencia a la tracción, torsión y vibración; fácil identificación de las FO y el cable; sencillez de limpieza, corte y empalme de FO; buen comportamiento climático; alta resistencia química, al fuego y al agua.
ELEMENTO DE TRACCIÓN.
Se han usado hilos de acero, monofilamentos de plástico o fibras textiles o de vidrio. La elección se fundamenta sobre la forma de instalación. Por ejemplo, los cables instalados en conductos requieren una tracción durante la instalación pero su vida útil transcurre casi sin stress mecánicos. El tendido en conducto lleva una fuerza de tracción que se incrementa con el coeficiente de fricción entre la cubierta y el ducto. En ductos rectos el incremento es líneal con la longitud y en las curvas es exponencial. En los cables aéreos, en cambio, el elemento de tracción debe soportar fuertes esfuerzos durante la vida útil debido a la acción del viento, nieve, etc.
La elección del elemento de tracción depende del módulo de Young deseado, la resistencia mecánica, el peso, la estabilidad a largo plazo, la facilidad de manipulación, la reacción a la corrosión, el corte y empalme del mismo, la propagación de la llama, las características dependientes de la temperatura y el costo. Cuando se usan hilos de acero se debe recordar que la rigidez a la flexión del hilo de acero es proporcional a la cuarta potencia del diámetro por lo que se recomienda como elemento de refuerzo hilos trenzados en lugar de una única varilla lo cual permite mayor flexibilidad.
En los núcleos de "cables dieléctricos" (libres de metales) se usan monofilamentos como el poliester aromático (Kevlar de Du Pont), hilaza o aramida que tiene una relación entre la resistencia mecánica y el peso 3 veces superior a la de los hilos de acero pero a un costo muy superior3).
CABLES RELLENOS.
El cable puede estar relleno de un gel que impida la propagación del agua o humedad. El mismo debe contemplar la estanquidad del agua, la manejabilidad, la aceptación por parte del personal, la facilidad de colocación, la
inflamabilidad, la resistencia al cizallamiento, la compatibilidad de los compuestos, y el comportamiento frente al cambio de 3 temperatura. Los materiales de relleno son el petrolato o el polibutano al 65% con aditivos (densidad de 0,908 gr/cm ). El aceite tixotrópico de relleno es químicamente neutro; en la gama de -30 a +70 °C no se congela, no fluye y es limpiable.
La producción del núcleo del cable se realiza en la máquina reunidora de la Fig 02. La reunidora o cableadora consiste en una jaula cilíndrica donde se colocan las bobinas de FO, los conductores de Cu, rellenos y separadores y se reúnen en forma helicoidal sobre el miembro central. Luego se encinta el conjunto para darle rigidez cilíndrica y se enrolla en un carrete. El paso posterior es colocar la vaina exterior del cable en una estrusora apropiada.
CUBIERTA EXTERIOR
La cubierta exterior del núcleo tiene diversas características en función del medio ambiente. Así, por ejemplo:
-Como barrera contra compuestos químicos agresivos y aceites.
-Se usa la cubierta tipo PAL (cinta de aluminio recubierta en polietileno) y PE exterior.
-Contra roedores o bordes afilados se usan armaduras de acero.
-Se trata de una corona de alambre helicoidales, fleje o lámina ondulada.
-Contra radiaciones ultravioleta se coloca 2,5% de carbón negro en el PE.
-Contra campo electromagnéticos se usan cubiertas no metálicas (Kevlar y PE).
-Contra hormigas y termitas se coloca una capa de poliamida.
-Contra el fuego se usa PVC o materiales libres de alógenos.
Los materiales alógenos, como el polietileno PE (-CH -), producen gases tóxicos, corrosivos y denso humo al ser
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calentados o sufrir incendio. Las cintas de Al o acero son excelente barrera contra el fuego pero dan rigidez al cable.
EJEMPLOS DE CABLES ÓPTICOS
Se describen diferentes modelos de cables que se muestra en la Fig 03a/b;
A- CABLE MONOFIBRA: Este tipo de cable consta de una sola FO con revestimiento de 125 µm. El recubrimiento primario es del tipo adherente de 2 capas: acrilato de 250 um, silicona de 400 um y PVC o Nylon de 0,9 mm de diámetro. Se completa con un miembro de tracción radial de Kevlar de 2,4 mm de diámetro y una cubierta exterior de PVC de 3 mm. Con este esquema de cable monofibra pueden construirse cables de 2 FO uniendo en forma de ocho ambas FO y hasta cables encerrando en una única vaina exterior 4 cables monofibra.
B- CABLES A GRUPOS: Este cable fue usado en el proyecto Cidiba de la Entel-Argentina en 1980. Consiste en un miembro central de tracción (7 hilos de acero de 0,9 mm galvanizado y aislados en PE), conductores de cobre (4 cuadretes de Cu de 0,9 mm de diámetro aislado en PE), 6 grupos de FO con un alambre central de acero de 0,95 mm y recubierto el grupo por cintas de plástico. En algunos casos existen rellenos cilíndricos de PE. La cubierta es de PAL y PE. Los cables contienen entre 8 y 60 FO y el diámetro exterior está entre 22 y 25 mm con un peso entre 410 y 580 kg/km. Las FO son del tipo multimodo con un perfil de índice gradual con diámetros 50/125 µm; trabajan en la primera ventana (0,85 µm) y tienen recubrimiento adherente de 0,9 mm. La atenuación es inferior a 3 dB/km y el ancho de banda superior a 800 MHz/km. El descrito es un cable típico de la primera mitad de los años 80.
C- CABLE A CINTAS: Este cable consiste en 12 cintas de 12 FO cada una, lo cual permite formar un cuadrado de 144 FO. Este módulo tiene una estructura helicoidal. La cubierta consiste en 2 capas de hilos de acero con helicoicidad opuesta y PE exterior. Obsérvese que el elemento de tracción se encuentra en la periferia del núcleo de cable.
D- CABLE AÉREO: Para la Administración alemana los cables del tipo slotted core (E, F y G) con ranuras helicoidales tiene problemas en el huelgo longitudinal y bilateral entre FO; por ello adoptó el modelo de recubrimiento suelto a tubo simple o múltiple. La FO tiene dos capas de acrilato, la exterior con mayor resistencia mecánica y admite colorantes. El tubo tiene un diámetro exterior de 1,4 mm si contiene una FO y de 3 mm para 10 FO. El espesor del tubo es del 15% del diámetro. El tubo está relleno de aceite tixotropizado que entre -30 y +70°C no congela y es químicamente neutro. El relleno del cable es de poli-isobutileno que mejora al petrolato. En el caso de la figura se muestra un cable aéreo de 6 FO con el miembro de sostén adherido en la cubierta de PE en forma de ocho.
E- CABLE RANURADO: Este tipo de cable consiste en módulos de hasta 10 FO. Es un cilindro ranurado helicoidalmente con un alambre de acero en el centro. El cable de la figura consiste en 7 módulos (cable de 70 FO). Obsérvese que el miembro de tracción consiste en una cinta de acero exterior revestida en PE.
F- CABLE SUBMARINO: Este cable consta de 4 o 6 FO monomodo para 1,55 µm con atenuación inferior a 0,25 dB/km. Tiene un soporte de PE helicoidal y relleno de un gel. La FO tiene una elongación mayor en 1,1% al del soporte. El hilo central de Cu sirve para la alimentación. El núcleo del cable está cubierto por dos coronas de alambres de acero rellenas de Cu y con PE exterior. Este tubo de Cu sirve como retorno para la alimentación de los repetidores.
G- CABLE CON CANALES: El miembro central puede ser de acero (19 hilos de acero galvanizado de 3,2 mm de diámetro con PE) o de plástico (poliester con fibras de vidrio longitudinales). El perfil es estruido con canales abiertos helicoidales. Se colocan hasta 8 FO por ranura con recubrimiento primario coloreado. Las 6 ranuras están rellenas de gel (no-tóxico, no-higroscópico, antihongo, aislante y compatible con el resto de los componentes). La cubierta exterior es de tipo PAL (cinta 3 de Al de 0,2 mm de espesor y cubierta de PE de 50 µm) con PE exterior de media densidad (0,95 gr/cm ). El cable para conducto tiene un peso de 230 kg/km con acero y 198 kg/km con plástico; su diámetro es de 15,2 mm. El mismo núcleo con la cubierta de acero para ser enterrado pesa 345 kg/km y tiene un diámetro de 17,7 mm.
H- CABLE DE ENERGÍA: Este tipo de cable es un cable trifásico con cubierta de acero y PE y tiene en uno de los huecos que queda entre cada fase un cable óptico de las características deseadas. Este cable óptico consiste solamente en el núcleo del cable sin la cubierta.
I- HILO DE GUARDIA (OPGW): Este es uno de los varios modelos de hilo de guardia. Consiste en 8 segmentos de Al y acero, con un diámetro exterior de 17,4 mm y con un peso de 769 kg/km. Dentro del tubo de Al central se coloca un núcleo de cable óptico.
J- CABLE PARA EDIFICIOS: Consiste en un cable de 2 FO y un alambre central de acero. Las dimensiones exteriores del cable son de 10x5 mm. La cubierta exterior es de PVC, pesa 40 kg/km y soporta una carga máxima de 40 kg.
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