Nesta seção o profissional terá condições de estudar com maior profundidade os assuntos abordados sobre ETHERNET INDUSTRIAL.

FUSÃO-CONECTORIZAÇÃO-EMENDA MECÂNICA-ARTIGO TÉCNICO 2

publicado em 06/04/2010 - 09:11:39hs

PRIMEIRO ESTUDO ÓPTICO – FUSÃO, CONECTORIZAÇÃO, EMENDA MECÂNICA 

Tarde de Domingo numa unidade fabril

  

 Tudo caminhava tranqüilo naquela linda tarde de domingo, quando Francisco chega ao setor de manutenção e informa: A rede de comunicação óptica da fábrica parou de funcionar!

 

O que devemos fazer neste momento?

 

Este é o primeiro artigo voltado a manutenções em sistemas ópticos que irei desenvolver para os profissionais envolvidos em manutenções dos parques fabris.      

Como introdução ao tema vamos falar sobre a estrada da comunicação óptica, o caminho, os quais chamaram de cabo óptico. Os cabos de fibra óptica utilizam o fenômeno de refração interna total para transmitir feixes de luz a longas distâncias. Um núcleo de vidro muito fino, feito de sílica com alto grau de pureza é envolvido por uma camada (também de sílica) com índice de refração menor, chamado de cladding (casca), o que faz com que a luz transmitida pelo núcleo de fibra seja refletida pelas paredes internas do cabo. Desta maneira, apesar de ser transparente, a fibra é capaz de conduzir a luz por longas distâncias, com um índice de perdas muito pequeno.

Embora a sílica seja um material abundante, os cabos de fibra óptica são caros devido ao complicado processo de fabricação, tal como no caso dos processadores, que são produzidos a partir do silício. A diferença entre a sílica e o silício é que o silício é o elemento Si puro, enquanto a sílica é composta por dióxido de silício, composto por um átomo de silício e dois átomos de oxigênio. O silício é cinza escuro e obstrui a passagem da luz, enquanto a sílica é transparente. O núcleo e o cladding são os dois componentes funcionais da fibra óptica. Eles formam um conjunto muito fino (com cerca de 125microns, ou seja, pouco mais de um décimo de milímetro) e frágil, que é recoberto por uma camada mais espessa de um material protetor, que tem a finalidade de fortalecer o cabo e atenuar impactos e que é chamado de coating, ou buffer. O cabo resultante é então protegido por uma malha de fibras protetoras, composta de fibras de kevlar (que tem a função de evitar que o cabo seja danificado ou partido quando puxado) e por uma nova cobertura plástica, chamada de jacket, ou jaqueta, que sela o cabo.

 

 

                               

 

Como os fios de fibra são muito finos, é possível incluir um grande volume deles num cabo de tamanho modesto, o que é uma grande vantagem comparativamente aos fios de cobre. Como a capacidade de transmissão de cada fio de fibra é bem maior que a de cada fio de cobre e eles precisam de um volume muito menor de circuitos de apoio, como repetidores, usar fibra em links de longa distância acaba por sair muito mais barato. Outra vantagem é de que os cabos de fibra são imunes a interferência eletromagnética, já que transmitem luz e não sinais elétricos, o que permite que sejam usados mesmo em ambientes onde o uso de fios de cobre é problemático, como nos ambientes fabris.           

Acessando o link abaixo você conhecerá como se produz uma fibra óptica.

http://www.youtube.com/watch?v=llI8Mf_faVo&feature=related

 

Como criar links de longa distância abrindo valas ou usando cabos submarinos é muito mais caro, é normal que seja usado um volume de cabos muito maior que o necessário. Os cabos adicionais são chamados de fibra escura (dark fiber), não por causa da cor, mas pelo fato de não serem usados. Eles ficam disponíveis para expansões futuras e para substituição de cabos que se rompam, ou seja, danificados. Quando se ouvir falar em padrões “para fibras escuras”, tenha em mente que são justamente padrões de transmissão adaptados para uso de fibras antigas ou de mais baixa qualidade, que estão disponíveis como sobras de instalações anteriores.

A transmissão de dados usando sinais luminosos oferece desafios, já que os circuitos eletrônicos utilizam eletricidade e não luz. Para solucionar o problema, é utilizado um transmissor óptico, que converte o sinal elétrico em sinal luminoso que é enviado através da fibra, e um receptor, que faz o processo inverso. O transmissor utiliza uma fonte de luz, combinada com uma lente, que concentra o sinal luminoso, aumentando a porcentagem que é efetivamente transmitida pelo cabo. Do outro lado, é usado um receptor óptico, que amplifica o sinal recebido e o transforma novamente nos sinais elétricos que são processados. Para reduzir a atenuação, não é utilizada luz visível, mas sim luz infravermelha, com comprimentos de onda de 850nm a 1550nm(nanômetros) de acordo com o padrão de comunicação da rede. Antigamente, eram utilizados LEDs nos transmissores, já que eles são uma tecnologia mais barata, mas com a introdução dos padrões Gigabit e 10 Gigabit eles foram quase inteiramente substituídos por lasers, que oferecem uma precisão de conversão mais rápida e fidelidade muito superior, suportando, assim, a velocidade de transmissão exigida pelos novos padrões de rede. Existem padrões e tipos de fibra óptica para uso em redes ETHERNET desde as redes de 10megabits. Antigamente, o uso de fibra óptica em redes ETHERNET era bastante raro, mas com o lançamento dos padrões de 10 Gigabits a utilização vem crescendo, com os links de fibra a serem usados, sobretudo para criar backbones e links de longa distância, como por exemplo, em plantas de ALUMINA, REFINARIAS, USINAS DE AÇÚCAR E ALCOOL, MINERODUTOS, GASODUTOS e ALCOOLDUTOS.

Existem dois tipos de cabos de fibra óptica, os multímodos ou MMF (multimode fiber) e os monomodo ou SMF (single mode fiber). As fibras monomodo possuem um núcleo mais fino, de 8 a 10um de diâmetro, enquanto os multímodos utilizam núcleos mais espessos, tipicamente com 62.5um. As fibras multimodo são mais baratas e o núcleo mais espesso requer uma precisão menor nas conexões, o que torna a instalação mais simples, mas, em compensação, a atenuação do sinal luminoso é muito maior. Isso acontece porque o pequeno diâmetro do núcleo das fibras monomodo faz com que a luz se concentre em um único feixe, que percorre todo o cabo com um número relativamente pequeno de reflexões. O núcleo mais espesso das fibras multimodo, por sua vez, favorece a divisão do sinal em vários feixes separados, que ricocheteiam dentro do cabo em pontos diferentes, aumentando brutalmente a perda durante a transmissão. Para efeitos de comparação, as fibras multimodo permitem um alcance de até 550metrosno caso de Gigabit Ethernet e 300metros no 10Gigabit Ethernet, enquanto as fibras monomod podem atingir até 80 km no padrão 10 Gigabit. Esta brutal diferença faz com que as fibras multimodo sejam utilizadas apenas para conexões de curta distância, já que sairia muito mais caro usar cabos multimodo e repetidores do que usar um único cabo monomodo de um ponto a outro.                                

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

São fundamentais na instalação de cabos de fibra ópticas as conexões e emendas das fibras. Elas diferem muito das realizadas nos cabos metálicos (que são por soldas e torções) e quando mal feitas comprometem o desempenho do sistema, devido às perdas da potência óptica que causam. Desta forma, é necessário que haja um excelente alinhamento dos núcleos das fibras a serem emendadas ou conectadas, para haver o melhor acoplamento possível da luz por uma delas. 

 

Por que fazer emendas?

 

Devido à capacidade limitada de fabricação dos lances de cabos de fibras ópticas, é necessário, durante a instalação, fazer emendas desses lances. Isto é, se um sistema possui um lance de 10 km e a capacidade máxima de fabricação do cabo a ser utilizado é de lances de 2 km, é necessário fazer quatro emendas entre os cinco lances desse cabo (considerando-se uma folga que o cabo deve ter para a realização da instalação). Tanto conectores como emendas são utilizados em conexões entre cabos diferentes, como por exemplo, em lances onde a parte da instalação utiliza cabo óptico interno e a outra parte utiliza cabos com fibras ópticas mais protegidas, para instalações externas (em dutos, aéreas ou diretamente enterrado).

As conexões das fibras ópticas feitas tanto por emendas como por conexão causam, inevitavelmente, certa perda do sinal luminoso. Mesmo que dependendo da conexão, essas perdas sejam bem pequenas, devem ser consideradas, pois de acordo com o número de conexões feitas em uma instalação podem comprometer o desempenho do sistema. Geralmente, onde os lances são grandes e há um grande número de conexões, as emendas das fibras dos vários lances de cabos devem apresentar perdas inferiores a 0.5dB. Já em redes locais as perdas por conexão realizadas tanto por emendas como conectores podem estar compreendidas entre 0.5dB a 1.0dB. Mas de acordo com o sistema, esses valores de perdas podem ser maiores desde que não comprometam o desempenho do sistema. Para que o problema das perdas por conexões seja minimizado, é necessário considerar certos fatores, que são:

  1. INTRÍNSECOS;
  2. EXTRÍNSECOS.

 

Fatores Intrínsecos: são aqueles inerentes (fazem parte) as fibras. Quando conectadas, considera-se que elas sejam exatamente iguais. Porém quando fabricadas, existe uma tolerância em suas especificações, o que as torna diferentes. Na tabela abaixo, podemos ver as tolerâncias de alguns parâmetros das fibras multimodo de índice gradual 50/125um(diâmetros núcleo / casca).    

 

 

Fatores Extrínsecos: são aqueles que independem das características das fibras, DESLOCAMENTO LATERAL, SEPARAÇÃO DAS EXTREMIDADES, DESALINHAMENTO ANGULAR, DIFERENÇA ENTRE ABERTURA NUMÉRICA, DIFERENÇA ENTRE NÚCLEOS “CORE” E SUPERFÍCIE MAL PREPARADA. 

 

 

 

 

 

 

Existem três formas de unirmos uma fibra “uma ponta à outra ponta”:

 

1-EMENDA POR FUSÃO no qual as fibras são fundidas entre si através de um arco voltaico;

 

2-EMENDA MECÂNICA no qual as fibras são unidas por acoplamentos mecânicos, empregado em aplicações militares;

 

3-EMENDA POR CONECTORIZAÇÃO no qual são aplicados conectores ópticos nas fibras envolvidas na emenda. Este processo tratarei em detalhes, pois ele tem se mostrado muito eficiente nas aplicações em indústrias , quando necessitamos velocidade na ativação do link rompido , e naquele momento crucial, não temos uma empresa especializada por perto, e o nosso tempo de produção parado é extremamente alto, na casa dos milhões de dólares.

 

No processo de emenda três etapas são fundamentais, LIMPEZA, DECAPAGEM e CLIVAGEM. 

LIMPEZA:

  • Remoção da capa do cabo;
  • Remoção do tubo LOOSE caso estejamos trabalhando com um cabo LOOSE-TUBE “núcleo solto” conhecido como GELEADO por ser um gel derivado de petróleo (OBS. Para cabos secos “TIGHT-BUFFER” de núcleo travado neste momento do preparo e limpeza já ganhamos tempo e economizaremos nos materiais, ponto a ser levado em consideração);  
  • Remoção do GEL com uso de álcool isopropílico, utilizando-se de lenços de papel.   

 

DECAPAGEM:

  • Remoção do revestimento externo de acrilato da fibra;
  • Limpeza da fibra com álcool isopropílico;
  • Repetir o processo até que todo o revestimento da fibra seja removido.                                                                                                                                              

CLIVAGEM:

  • Consiste no corte das extremidades das fibras em um ângulo de 90 GRAUS, ou seja, cada ponta da fibra deve ter sua face paralela. Esta necessidade do ângulo de 90GRAUS deve-se ao fato de quando fizermos suas emendas ambas as faces deverão estar paralelas para uma perfeita emenda. É nesta etapa que devemos ter o máximo de cuidado com o manuseio da fibra, é desta etapa que sairá a fibra pronta para a emenda.

 

 

EMENDA POR FUSÃO neste tipo de emenda a fibra é introduzida numa máquina, chamada de “MÁQUINA DE FUSÃO”, limpa e clivada, para após o alinhamento apropriado, ser submetida a um arco voltaico que eleva a temperatura nas faces das fibras, o que provoca o derretimento das fibras e a sua respectiva soldagem. O arco voltaico é gerado por uma diferença de potencial aplicada sobre dois eletrodos de metal. Após a fusão a fibra é revestida por resinas que tem a função de oferecer resistência mecânica a emenda, protegendo-a contra quebras e fraturas. Após a proteção da fibra emendada é acomodada em recipientes chamados caixas de emendas. As caixas de emendas podem ser de vários tipos de acordo com a aplicação e o número de fibras. Umas são pressurizáveis ou impermeáveis, outras resistentes ao sol, para instalação aérea. Existem máquinas de fusão que alinham as fibras tendo como referência a casca e outras mais precisas que alinham as fibras pelo núcleo. Como orientação recomendo as máquinas de fusão com alinhamento pelo núcleo.   

 

Obs. Sobre caixas de emendas ópticas irei desenvolver um artigo específico para este precioso componente para aplicações externas, OUTSIDE PLANT. Fotos de aplicação seguem abaixo.

 

      

 

 

AFL TELECOMMUNICATIONS – MODEL AFL FSM50S

Todos os direitos de imagem reservados a AFL TELECOMMUNICATIONS

Acesse www.afltele.com

 

 

CAIXA DE EMENDA ÓPTICA AÉREA

CAIXA DE EMENDA ÓPTICA ENTERRADA

 

Resumindo as etapas para o processo de FUSÃO são:

  1. LIMPEZA;
  2. DECAPAGEM;
  3. CLIVAGEM;
  4. INSERÇÃO DO PROTETOR DE EMENDA CHAMADO DE TUBETE TERMO CONTRÁTIL;
  5. COLOCAÇÃO DAS FIBRAS NO DISPOSITIVO “V”GROUVE DA MÁQUINA DE FUSÃO;
  6. APROXIMAÇÃO DAS FIBRAS ATÉ CERCA DE 1um;
  7. FUSÃO DA FIBRA ATRAVÉS DE ARCO VOLTAICO;
  8. COLOCAÇÃO DO PROTETOR E AQUECIMENTO.                              

 

EMENDA MECÂNICA éo processo pelo qual dois seguimentos de fibra são unidos usando-se um dispositivo mecânico. Neste tipo de emenda os processos de limpeza, decapagem e clivagem são iguais ao processo por fusão. As etapas envolvidas são:

  1. LIMPEZA;
  2. DECAPAGEM;
  3. CLIVAGEM;
  4. INSERÇÃO DE CADA EXTREMIDADE DA FIBRA EM UMA EXTREMIDADE DO DISPOSITIVO MECÂNICO;
  5. VERIFICAÇÃO DA CORRETA POSIÇÃO DAS FIBRAS;
  6. FECHAMENTO DO DISPOSITIVO MECÂNICO.

 

 

DISPOSITIVO PARA EMENDA MECÂNICA.

 

 

Recomendo que assistam ao vídeo da AFTELE abaixo:

 

http://www.youtube.com/watch?v=mhoDDHcNU_I&NR=1

 

Importante: respondendo a pergunta do nosso amigo Francisco do setor de manutenção, visto que o cabo óptico analisado esta rompido, sempre devemos ter em mãos, em nosso KIT DE MANUTENÇÃO, um jogo de EMENDAS MECÂNICAS.

Como sugestão indico os fabricantes AFTELE (www.aftele.com);  3M(www.3m.com); KOC (www.koc.com) e AMP (www.amp.com).        

 

EMENDA POR CONECTORIZAÇÃO neste tipo de emenda as fibras ópticas não são unidas, e sim posicionadas muito próximas, isto é conseguido através de outro dispositivo chamado de adaptador ou acoplador. Este tipo de emenda é executado de forma rápida desde que os conectores já estejam instalados nos cordões ópticos, ou, como irei apresentar poderemos utilizar conectores do tipo “PRE-POLISH” pré-polidos e testados em fábrica, que deverão ser instalados com dispositivos de montagem específicos, desenvolvidos por diversos fabricantes, conhecidos como sistemas “FIELD TERMINATION”, e sua evolução deve-se ao fato da migração do uso da fibra óptica para nossas residências, FTTH “FIBER TO THE HOME”, e também agora nas aplicações industriais, foco principal de nossos estudos.

Como fabricantes indico as renomadas empresas CORNING (www.corrning.com) com seu sistema UNICAM; SIEMON (www.siemon.com) com seu sistema XLR8 ; LEVITON(www.leviton.com) com seu sistema FASTCAM ;DIAMOND (www.diamond-fo.com) com  seu sistema ALBERINO e a PANDUIT CORPORATION (www.panduit.com) com seu sistema OPTICAM.

Como em minha carreira desempenhei a função de responsável pelo setor de comunicação industrial, precisamente em ETHERNET INDUSTRIAL na PANDUIT DO BRASIL , irei detalhar o sistema de conectorização usando o dispositivo OPTICAM com devidos conectores pré-polidos.   

 

Umas das características do sistema OPTICAM que gostaria de destacar é que num único equipamento efetuaremos a devida conectorização e teste final, ou seja, não necessitaremos de vários equipamentos para aferição de nossa conectorização, visualmente concluiremos que nossa montagem esta OK.

 

 

E caso não esteja poderemos refazê-la por mais uma vez (+1X) ou seja , o conector pré-polido PANDUIT permite até duas conectorizações , logo também estamos tendo um ganho considerável na hora da aquisição deste kit para manutenção, ajudando também o meio ambiente, no sentido de podermosreutilizar este conector óptico , do tipo pré-polido”PRE-POLISH”.

Obs. Embora não esteja falando sobre comunicação através de cabeamento metálico blindado, gostaria de chamar a atenção do leitor;  o fabricante PANDUIT desenvolveu um sistema de acoplamento para par trançado , ou melhor , um sistema para conectorização do cabeamento  blindado junto ao conector fêmea RJ-45 que permite até 10 conectorizações , ou seja , num ambiente no qual seja efetuada muitas mudanças de “Lay-Out” este tipo de conector será o ideal, pois pode ser reutilizado.                

Todos os direitos de imagem reservados à PANDUIT CORPORATION.

 

 

Diferenciais do KIT OPTICAM:

RÁPIDA INSTALAÇÃO, ALTA CONFIABILIDADE, SISTEMA AMIGÁVEL DE MONTAGEM, POUCOS ACESSÓRIOS, CONECTORES PRÉ-POLIDOS TESTADOS EM FÁBRICA UM A UM, E POSSIBILIDADE DE ATÉ UMA CONECTORIZAÇÃO ADICIONAL COM O MESMO CONECTOR NO CASO DE UMA MUDANÇA DE LAY-OUT, OU SEJA, UM SISTEMA VERSÁTIL QUE TODO DEPARTAMENTO DE MANUTENÇÃO DEVERIA TER PELO MENOS UM KIT POR PLANTA INDUSTRIAL.

LC 

      

  LCLC  LCLC LC

      

    

  • 10GIG50/125µm OM3

 

  • 50/125µm OM2
  • 62.5/125µm OM1

 

ST

 

 

  • 10GIG50/125µm OM3
  • 50/125µm OM2
  • 62.5/125µm OM1
  • 9/125µm OS1

 

SC

 

 

  • 10GIG50/125µm OM3
  •  

  • 50/125µm OM2
  •  

  • 62.5/125µm OM1
  •  

  • 9/125µm OS1
  •  

     

    LC OPTICAM®

     

      

     

    ST OPTICAM®

     

      

    SC OPTICAM®

     

     

                                 

                            FCAMKIT Pre-Polished Termination Kit

     

     

    CONHECENDO O CONECTOR - PANDUIT PRE-POLISH OPTICAL CONNECTOR

     

     

     

     

     O grande diferencial deste sistema de conectorização esta na tecnologia desenvolvida pelos engenheiros e cientistas da PANDUIT, explicarei em detalhes estas características.

    Peço a gentileza que para maiores informações também acessem o site da PANDUIT(www.panduit.com) , e busquem no site ( search) o assunto OPTICAL GEL CHARACTERISTICS OF PANDUIT OPTICAM CONNECTORS .

     

    Quando inserimos uma fibra nua devidamente limpa dentro de um conector o grande problema estará na perda causada pelos índices de refração diferentes entre a fibra e o conector.Este gel do tipo “THIXOTROPIC” desenvolvido pela PANDUIT tem um índice de refração muito fechado fazendo com que neste momento de alojamento da fibra dentro do conector pré-polido esta perda será relativamente pequena, dentro dos parâmetros da norma .Este gel do tipo “THIXOTROPIC” tem duração de 30 anos , ou seja , é um conector com relação Custo X Benefício  excelente , podendo ser guardado sem nenhum problema quanto a umidade , evaporação e com excelente resistência mecânica.O índice de refração conhecido como IOR”INDEX OF REFRACTION”ou índice de refração é definido como a luz que atravessa o centro da fibra , seu núcleo(core)em relação ao vácuo.O típico índice de refração para fibra óptica dopada em aplicações com fibras multimodo e monomodo é aproximadamente 1,46. O físico FRESNEL estudou a reflexão, desenvolvendo vários experimentos e comprovou uma perda causada pelas diferenças entre os índices de refração entre o ar e o vidro para os sistemas de polimento diversos. E este gel possibilita uma mínima perda na reflexão,ou seja ,minimiza estas diferenças.Logo é importante que o  engenheiro responsável pelas implementações de sistemas ópticos ,que analise o nível de qualidade deste gel , pois se de má qualidade  poderá afetar a qualidade de transmissão do sinal, com alta perda por inserção (HIGH INSERTION LOSS ).

     

    O GEL “THIXOTROPIC” da PANDUIT segue as normas para aplicações em plantas externas (OUTSIDE PLANT) segundo TELCORDIA GR-2919-CORE. Abaixo seguem as tabelas com as devidas características do gel “THIXOTROPIC” PANDUIT.     

     

          OBS. O conector PRE-POLISH PANDUIT excede a norma TIA/EIA-568-B.3      

     Características Técnicas:

    1. LC OPTICAM: Excede a norma TIA/EIA-568-B.3, Insertion Loss = 0.3dB(multimode and singlemode),Return Loss maior que 20dB para multimode, maior que 26dB para 10Gig multimode e maior que 50dB para singlemode.
    2. SC OPTICAM: Excede a norma TIA/EIA-568-B.3, Insertion Loss = 0.3dB(multimode and singlemode),Return Loss maior que 20dB para multimode, maior que 26dB para 10Gig multimode e maior que 50dB para singlemode.
    3. ST OPTICAM: Excede a norma TIA/EIA-568-B.3, Insertion Loss = 0.3dB(multimode and singlemode),Return Loss maior que 20dB para multimode, maior que 26dB para 10Gig multimode e maior que 50dB para singlemode.

     

    Espero ter apresentado as soluções para consertarmos o link óptico rompido da Indústria que trabalha o Sr. Francisco, lembrando que sugiro que cotem os preços dos kits de conectorização FIELD encontrados no mercado nacional, e cobrem do representante uma visita para demonstração e devidos testes manuseando o kit, para após todas estas aferições e manuseio  escolherem o que melhor se adapta ao seu serviço, ou a sua aplicação industrial.

    Recomendo que assistam ao vídeo referente ao sistema OPTICAM.

    Link:  http://www.youtube.com/watch?v=G6I6myAVN_c