Diseño de los cables de fibra óptica
El cable de fibra óptica brinda a la/s fibra/s que están en su interior la protección adecuada para el lugar de instalación. Cuando decimos «cable» nos referimos al ensamble completo de las fibras, los elementos de refuerzo y la chaqueta. Los cables de fibra óptica son de distintos tipos, según la cantidad de fibras, el modo y el lugar de instalación. Es importante elegir el cable cuidadosamente ya que eso determinará la facilidad con la que se hará la instalación, el empalme o la terminación del cable, el costo del cable y la duración en campo.
La función del cable es proteger a las fibras de los efectos del medioambiente en el lugar en el que están instaladas. En exteriores, depende de si el cable está enterrado de manera directa, introducido en conductos subterráneos, suspendido en el aire o incluso instalado debajo del agua. ¿El cable se mojará o se humedecerá? ¿Deberá resistir una elevada tensión por tracción al instalarlo en conductos subterráneos, o una tensión continua al instalarlo suspendido en el aire? ¿Estará expuesto a sustancias químicas o deberá resistir un rango amplio de temperaturas? ¿Qué sucede si es masticado por una ardilla, un castor u otro roedor? En interiores, no es necesario que los cables sean tan fuertes para proteger a las fibras, pero estos deben cumplir con todas las normativas contra incendios, es decir, la chaqueta debe poseer componentes que retarden el fuego.
Construcción del cable
Todos los cables se componen de varias capas de protección para las fibras. En principio, la mayoría de los cables posee una fibra estándar con un recubrimiento “buffer” primario de 250 micrones de diámetro y, luego, se agrega:
Recubrimiento “buffer” de estructura ajustada (para cables de estructura ajustada como los cables simplex, los dúplex zipcord, los de distribución y los “breakout”)
Un recubrimiento de protección blando, de 900 micrones de diámetro externo, que se aplica directamente sobre el recubrimiento de 250 micrones para brindar protección adicional a la fibra y permitir una manipulación más sencilla y una terminación directa al aplicar un conector a la fibra.
Tubos de estructura holgada (cables de estructura holgada)
Son tubos de plástico delgados y pequeños que contienen hasta doce fibras, las cuales tienen un recubrimiento de 250 micrones; se utilizan para proteger a las fibras en los cables destinados al uso en planta externa. Estos tubos permiten que las fibras se mantengan aisladas de la tensión alta y pueden estar rellenos de componentes que bloquean el agua (gel, cinta o polvo absorbente) para evitar el ingreso de humedad.
Elementos de refuerzo
Los elementos de refuerzo que suelen utilizarse son los hilos de aramida, los mismos que se utilizan en los chalecos antibalas, usualmente conocidos a través de la marca comercial de Dupont, Kevlar, que absorben la tensión que se produce al aplicar una fuerza de tracción sobre el cable y brindan amortiguación a las fibras. Las fibras de aramida no solo se utilizan porque son fuertes, sino también porque no se estiran. Si se tira con fuerza de ellas, no se estirarán pero pueden llegar a quebrarse si la tensión excede sus límites. Esto garantiza que los elementos de refuerzo no se estiren y relajen y, así, las fibras se mantienen unidas dentro del cable. El método adecuado para aplicar una fuerza de tracción sobre los cables de fibra óptica es siempre unir la cuerda, el cable o la cinta desde la que se realiza la fuerza a los elementos de refuerzo.
Algunos cables también incluyen una varilla central de fibra de vidrio que brinda una mayor resistencia y tensa el cable con el fin de prevenir que las fibras se retuerzan y se dañen. Si la incluye, la varilla debe estar sujeta a eslabones giratorios de enganche, para aplicar la fuerza de tracción sobre la fibra, y a abrazaderas en los cierres de empalme y en los paneles de conexiones, para realizar el empalme o la terminación. En la actualidad, muy pocos cables utilizan elementos de refuerzo metálicos debido a que es necesario conectar los cables a una puesta a tierra de manera adecuada, lo que dificulta la instalación.
Chaqueta del cable
Es la capa externa de protección de las fibras que se elige para que estas resistan los efectos del medioambiente en el lugar de instalación del cable. Los cables que se instalan en exteriores suelen ser de polietileno negro (PE), que resiste la exposición a la humedad y a la luz solar. Los cables que se instalan en interiores suelen tener chaquetas con componentes que retardan el fuego; estas chaquetas pueden tener un código de colores para identificar a las fibras dentro del cable. Es posible que algunos cables para instalación en exteriores tengan doble chaqueta con una cubierta fuerte de metal entre ambas, lo que protege a los cables de los roedores que puedan masticarlos, o bien, una capa de Kevlar, que les brinda resistencia al momento de someterlos a una fuerza de tracción desde las chaquetas.
Los cables para instalación en interiores suelen tener una chaqueta de PVC (policloruro de vinilo) con componentes que retardan el fuego para uso general o en instalaciones de cableado vertical o “riser”, y otro tipo de plástico especial para uso en aplicaciones “plenum”. Los cables para instalaciones tanto en interiores como en exteriores suelen tener una chaqueta exterior de PE que puede quitarse para que quede la chaqueta interior, que posee componentes ignífugos y, así, utilizar el cable en interiores.
Protección frente al agua y a la humedad
Los cables instalados en exteriores necesitan proteger a las fibras del agua. Se utiliza ya sea un gel o, lo que es más habitual hoy en día, una cinta o polvo absorbente, para prevenir que el agua ingrese al cable y dañe a las fibras. En general, esto se aplica a los tubos holgados o a los cables tipo cinta (ribbon), pero los elementos que bloquean el agua se utilizan en algunos cables de estructura holgada en tendidos cortos en exteriores, por ejemplo, entre edificios en una instalación a nivel de campus, o entre un edificio y una antena o cámara de CCTV exterior de conexión inalámbrica.
Protección frente a aplastamientos o ingreso de roedores
Algunos cables tienen una cubierta, usualmente de metal o de plástico duro, por debajo de la chaqueta exterior que permite que el cable esté aislado de los roedores y que resista ser aplastado por un determinado peso, como los cables instalados debajo de los pisos en los centros de datos o debajo de suelos de rocas. Las cubiertas metálicas requieren que el cable esté debidamente conectado a tierra.
Tipos de cables de fibra óptica
Tipos de cables de estructura ajustada
Existen dos tipos de cables básicos que suelen definirse como de estructura ajustada y de estructura holgada. Los cables de estructura ajustada (simplex, dúplex zipcord, de distribución y “breakout”) se utilizan en instalaciones en planta interna en las que la flexibilidad del cable y la facilidad para realizar la terminación son importantes, incluso más que la robustez y la resistencia a la fuerza de tracción que caracterizan a los cables de estructura holgada y a los cables tipo cinta (ribbon). En general, los cables de estructura ajustada se utilizan en interiores y los cables de estructura holgada o los cables tipo cinta (ribbon), en exteriores.
Cable simplex y dúplex (zipcord)
Estos tipos de cables se utilizan mayormente al instalar un cable de conexión (patchcord) o una placa lateral de conexiones (backplane); sin embargo, el cable duplex (zipcord) también puede utilizarse en conexiones de escritorio. Los cables simplex están compuestos por una sola fibra, de estructura ajustada (con un recubrimiento “buffer” de estructura ajustada de 900 micrones por encima del recubrimiento “buffer” primario), con elementos de refuerzo de Kevlar (fibra de aramida) y una chaqueta para uso en interiores. La chaqueta suele tener un diámetro de 3 mm. El cable dúplex (zipcord) está compuesto simplemente por dos cables de este tipo unidos por una red delgada.
Cable de distribución
El cable de distribución es el cable para instalación en interiores más popular, ya que es de tamaño pequeño y, además, liviano. Contiene varias fibras de estructura ajustada agrupadas en una misma chaqueta con elementos de refuerzo de Kevlar y, en algunas ocasiones, una varilla de fibra de vidrio de refuerzo para tensar el cable y evitar que se retuerza. Estos cables son de tamaño pequeño y se los utiliza para tendidos cortos a través de conductos subterráneos en áreas libres de agua, y en instalaciones de cableado vertical o “riser” y aplicaciones “plenum”. Las fibras tienen un recubrimiento “buffer” doble, y se puede realizar la terminación de manera directa. Sin embargo, como las fibras no están reforzadas individualmente, estos cables deben distribuirse mediante una “caja de distribución”, o debe hacerse la terminación dentro de un panel de conexiones o una caja de conexiones para proteger a cada fibra.
Cable “breakout”
El cable “breakout” es el favorito cuando se trata de utilizar cables resistentes o cuando se necesita hacer terminaciones directas sin cajas de conexiones, paneles de conexiones u otro tipo de hardware. Están compuestos por varios cables simplex agrupados en una misma chaqueta. Este es un cable de diseño fuerte y resistente, pero es más largo y más costoso que el cable de distribución. Es adecuado para tendidos de cables a través de conductos subterráneos y en instalaciones de cableado vertical o “riser” y aplicaciones “plenum”. Es perfecto para instalaciones industriales en las que se necesitan cables resistentes. Como cada fibra está reforzada individualmente, este diseño permite una terminación rápida de los conectores y no se necesitan paneles o cajas de conexiones. El cable “breakout” puede ser más económico cuando la cantidad de fibras por cable no es tan grande ni las distancias tan largas, ya que hacer la terminación demanda mucho menos tiempo.
Tipos de cables de estructura holgada
Cable de estructura holgada
Los cables de estructura holgada son los más utilizados en enlaces en planta externa ya que ofrecen la mejor protección para las fibras en condiciones de elevada tensión por tracción y son fáciles de proteger de la humedad con gel o con la cinta para el bloqueo del agua. Estos cables están compuestos por varias fibras agrupadas en un tubo de plástico pequeño y, a su vez, enrolladas en un elemento central de refuerzo, rodeadas de elementos de refuerzo de aramida. Todo esto está envuelto en una chaqueta que forma un cable pequeño, de muchas fibras por cable. Este tipo de cable es ideal para la instalación de enlaces en planta externa, ya que pueden hacerse con tubos de estructura holgada que se rellenan de gel o polvo absorbente para evitar que las fibras se dañen a causa del agua. Puede utilizarse en instalaciones en conductos subterráneos, instalaciones aéreas o instalaciones bajo tierra, con cables enterrados de manera directa. Es posible que algunos cables para instalación en exteriores tengan doble chaqueta con una cubierta de metal entre ambas, lo que protege a los cables de los roedores que puedan masticarlos, o bien, una capa de Kevlar, que les brinda resistencia al momento de someterlos a una fuerza de tracción desde las chaquetas. Como las fibras solo tienen un recubrimiento (buffer) de estructura ajustada delgada, deben manipularse con cuidado y estar protegidos de posibles daños. En los cables de estructura holgada que tienen fibras monomodo, para hacer la terminación se suelen empalmar cables de fibra conectorizados (pigtail) a las fibras y se los protege en el cierre del empalme. En el caso de los cables de estructura holgada que tienen fibras multimodo, la terminación se hace de manera directa con un kit para proteger la terminación de la fibra (breakout kit), también denominado kit de derivación (fan-out kit), con el que se viste a la fibra para su protección.
Cable tipo cinta (ribbon)
El cable tipo cinta (ribbon) es el preferido cuando se necesita un cable de diámetro pequeño con una gran cantidad de fibras por cable. Este es el cable que cuenta con la mayor cantidad de fibras en el cable más pequeño, ya que todas las fibras están dispuestas en filas, dentro de cintas que suelen contener 12 fibras, y las cintas están ubicadas una encima de la otra. No solo se trata del cable más pequeño con la mayor cantidad de fibras, sino que suele ser el cable de más bajo costo. En general, las 144 fibras solo tienen una sección transversal de aproximadamente 6 mm y una chaqueta de 13 mm de diámetro. Algunos diseños de cables utilizan un “núcleo de expansión” que soporta hasta 6 de esos 144 empalmes de cintas de fibra óptica, lo que da lugar a 864 fibras en el mismo cable. Como es un cable para instalaciones en planta externa, está relleno de un gel que bloquea el agua o está fabricado con componentes para el bloqueo del agua. Otra ventaja del cable tipo cinta (ribbon) es que las fusionadoras de fibra óptica masivas pueden empalmar una cinta (12 fibras) de manera simultánea, lo que hace la instalación más rápida y fácil. Los cables de fibra conectorizados (pigtail) de las cintas se empalman al cable para una terminación rápida.
Cable blindado
El cable blindado se utiliza en instalaciones en planta externa en las que se entierran los cables de manera directa, y se necesita un cable resistente que soporte el ingreso de los roedores. El cable blindado resiste satisfactoriamente ser aplastado por un determinado peso, algo necesario en las instalaciones bajo tierra donde los cables están enterrados de manera directa. En estos tipos de instalaciones, en las áreas en las que los roedores son un problema, se suele dotar al cable de una cubierta de metal entre dos chaquetas, lo que lo protege de los roedores. Otro tipo de instalación en la que se utiliza el cable blindado es en los centros de datos, donde los cables se instalan debajo del piso y se corre el riesgo de que se aplasten. En los cables blindados para instalación en interiores, es posible que la cubierta no sea de metal; el cable blindado de metal es conductor de la electricidad, motivo por el cual es necesario conectarlo debidamente a una puesta a tierra.
Cable aéreo
Los cables aéreos se utilizan en instalaciones en planta externa, sobre postes. Pueden estar enlazados a un cable mensajero u a otro cable (habitual en el sistema CATV) y poseen elementos de refuerzo de metal o de aramida que permiten que soporten su propio peso, o elementos de refuerzo que los sostienen (cable totalmente dieléctrico autosoportado, o ADSS). El cable conocido como Figura 8 es un cable conectado a un cable mensajero de acero con material aislante que tiene la capacidad de sostenerlo. Debe estar debidamente conectado a una puesta a tierra.
Un cable aéreo de amplia utilización es el cable a tierra de fibra óptica (OPGW), que es un cable de distribución de alto voltaje que contiene fibra óptica dentro de un tubo metálico ubicado en el centro del cable. La fibra no se ve afectada por los campos eléctricos y la empresa de servicios públicos que lo instala obtiene fibras para la gestión y comunicación de la red eléctrica. Este cable se suele instalar en la parte superior de las torres de alto voltaje pero se lo baja al nivel del suelo para realizar tareas de empalme o terminaciones.
Otros tipos de cables
Existen muchos otros tipos de cables de fibra óptica disponibles, muchos de los cuales son fabricados por un fabricante en particular. Cada fabricante tiene sus propias especialidades y, algunas veces utilizan sus propios nombres para denominar tipos de cables de uso habitual, de manera que asesorarse con la mayor cantidad de fabricantes de cable como sea posible es una buena idea. No se debe pasar por alto a las empresas fabricantes de cable pequeñas, a menudo es posible ahorrar costos si fabrican el cable de manera personalizada, aún en cantidades relativamente pequeñas.
Cable de fibra óptica de soplado
Es otro tipo de cable, que no es un cable en el sentido estricto. Se instala un “cable”, que es simplemente un grupo de tubos de plástico vacíos, y se “soplan” las fibras por el interior de los tubos tanto como sea necesario, con un equipamiento especial que funciona con gas comprimido. Si se necesita hacer mejoras en la instalación, se soplan hacia afuera las fibras viejas y hacia adentro las nuevas. El cable de fibra óptica de soplado para instalaciones en interiores y en exteriores está disponible en el mercado. Además, se utilizó en la fibra hasta el hogar. Se necesitaron fibras especiales a las que se les colocó un recubrimiento para que se deslicen más fácilmente a través de los tubos, pero la fibra monomodo o la multimodo están disponibles. La instalación de este tipo de cable es más costosa porque se deben instalar los tubos, se debe contar con equipamiento especial y con instaladores experimentados, pero puede ser rentable a la hora de realizar mejoras.
Cables híbridos y mixtos
Estos dos tipos de cables suelen confundirse entre sí, pero casi todas las personas, así como el código eléctrico nacional (NEC) lo definen de la siguiente manera:
Cables híbridos: son cables que contienen dos tipos de fibras, usualmente multimodo y monomodo. Estos cables suelen utilizarse en redes troncales (backbones) en instalaciones a nivel de campus y en planta interna, en las que pueden utilizarse fibras monomodo en el futuro.
Cables mixtos: son cables que contienen fibras y conductores eléctricos. Los vehículos submarinos conectados con un cable umbilical utilizan estos tipos de cables, así como también suelen utilizarse en algunos cables que se instalan para antenas o cámaras de CCTV remotas con conexión inalámbrica. Estos cables deben estar debidamente conectados a tierra para brindar seguridad.
Criterios para la elección del diseño del cable
Al momento de elegir un cable deben analizarse todos los factores medioambientales que influyen durante la instalación y la vida útil del cable. A continuación, le presentamos los factores más importantes:
Resistencia a la fuerza de tracción
Algunos cables simplemente están ubicados en bandejas o canales de cables, en cuyo caso la resistencia a la fuerza de tracción no es tan importante. Sin embargo, en el caso de otros tipos de cables, es posible aplicar una fuerza de tracción sobre ellos a lo largo de un conducto subterráneo en distancias de 2 a 5 km o más. Aunque se utilice un lubricante especial para cables, la tensión de tracción puede ser muy alta. En la mayoría de los cables, la resistencia a la fuerza de tracción se debe a la fibra de aramida (KevlarÒ es la marca comercial de Dupont), una hebra única de polímero que es muy fuerte pero que no se estira, de manera que si se aplica una fuerza de tracción sobre esta, el cable no se estirará ni se provocará estrés a los otros componentes del cable. El cable simplex más básico tiene una resistencia a la fuerza de tracción de 45 a 90 kg, mientras que los cables de planta externa tienen como requisito una resistencia de más de 363 kg.
Límites del radio de curvatura
La recomendación normal en cuanto a la curvatura del cable de fibra óptica es asegurarse de que el radio de curvatura mínimo cuando el cable esté sometido a una fuerza de tracción sea de 20 veces el diámetro del cable. Cuando no se aplica la fuerza de tracción, el radio de curvatura mínimo recomendado a largo plazo es de 10 veces el diámetro del cable.
Protección para el agua
En las instalaciones en exteriores, todos los cables deben estar protegidos del agua o de la humedad. Para comenzar, esta protección se brinda por medio de una chaqueta resistente a la humedad, en general de polietileno (PE); y del relleno del cable con componentes que bloquean el agua. La manera más habitual de protegerlo es rellenar el cable con un gel que bloquea el agua. Es efectivo, aunque es complicado, ya que necesitará un producto para remover el gel (utilizar un producto comercial es lo mejor, pero el jugo de limón es un buen sustituto). Una alternativa más moderna es bloquear el agua por medio de una cinta o polvo absorbente, similar al material que se utiliza en los pañales descartables para absorber la humedad. En la actualidad, la mayoría de los fabricantes de cable ofrecen cables con componentes para el bloqueo del agua.
Aplastamientos o ingreso de roedores
Los cables blindados se utilizan por sus chaquetas fuertes, que resisten el aplastamiento y el ingreso de los roedores. En general, los cables de planta externa enterrados de manera directa están blindados o instalados dentro de conductos subterráneos. Los cables blindados para instalación en interiores deben poseer chaquetas, según lo establecido por el código eléctrico nacional (NEC), para ubicarlos con otros cables debajo de un piso falso, como en un centro de datos.
Clasificación del código de incendios
Todos los cables instalados en interiores deben cumplir con los códigos de incendios. Eso significa que la chaqueta debe ser evaluada en función de su resistencia al fuego, con una clasificación para uso general, para uso en instalaciones de cableado vertical o “riser” donde las llamas se transmiten más fácilmente que en los tendidos horizontales, y para uso en aplicaciones “plenum” en las áreas de circulación de aire. La mayoría de los cables para instalación en interiores utilizan chaquetas de PVC (policloruro de vinilo) para retardar el fuego. En Estados Unidos, todos los cables de planta interna deben exhibir la identificación y la clasificación de material inflamable establecida por el código eléctrico nacional (NEC) en el párrafo 770. En Canadá, esto está regulado por el código eléctrico de Canadá (CEC), y otros países tienen una clasificación similar para los cables.
La clasificación es la siguiente:
Los cables que no tengan una identificación nunca deben instalarse en interiores ya que serán rechazados durante la inspección del edificio. Los cables para instalación en exteriores no poseen componentes que retardan el fuego y solo pueden utilizarse en interiores en tendidos de hasta 15 metros. Si necesita utilizar un cable de exteriores para una instalación en interiores, se recomienda el cable de doble chaqueta de polietileno (PE) en lugar del cable de interiores con chaqueta de PVC que cuenta con la certificación de UL (Underwriters Laboratories). Simplemente quite la chaqueta de protección para exteriores cuando lo instale en interiores y no será necesario realizar la terminación del cable en el punto de entrada al edificio.
Puesta a tierra y conexión equipotencial
Todo cable que contenga metal conductivo deberá contar con la conexión a tierra y la conexión equipotencial según lo establecido por el código eléctrico nacional (NEC) para la seguridad. Los siguientes cables de interior: cable de fibra óptica conductor (OFC), cable de fibra óptica conductor para uso general (OFCG), cable de fibra óptica para cableado vertical o “riser” (OFCR), cable de fibra óptica para cableado aplicaciones “plenum” (OFCP) y los cables para exterior con elementos de refuerzo o blindaje de metal deben contar con conexión a tierra y equipotencial. Todos los cables mixtos deben estar debidamente conectados a tierra para brindar seguridad.
Código de colores de los cables
Los cables de exterior generalmente son negros pero los de interior tienen códigos de colores. Los colores estándar de referencia de los cables son amarillo para las chaquetas de los cables monomodo y naranja para los multimodo. Al haber actualmente dos tamaños de fibra multimodo en uso, 62.5/125 y 50/125, y dos versiones de la fibra de 50/125, es importante cumplir con el estándar TIA-598 para evitar mezclar cables.
Código de colores de la chaqueta de los cables
Dentro del cable o dentro de cada tubo en un cable de estructura holgada, cada fibra tiene un código de identificación por color. Las fibras cumplen con la norma creada para los cables telefónicos, con la excepción que las fibras se identifican individualmente, y no en pares. En lo que respecta a los empalmes, las fibras se empalman según su color para asegurar la continuidad del código de colores a lo largo de un tendido de cable.
Código de colores de las fibras
Elección de los cables
La elección de un cable de fibra óptica para cualquier aplicación implica considerar la instalación y los requisitos ambientales así como los requisitos de instalaciones a largo plazo que permitan expandir la red. Entre los requisitos de instalación debemos considerar dónde y cómo se instalará el cable, ya sea en un conducto subterráneo en planta externa o en bandejas dentro de un edificio. Entre los requisitos para instalaciones a largo plazo tenemos que considerar la humedad o exposición al agua, la temperatura, la tensión (cables aéreos) y/o los factores ambientales.
Se recomienda contactar a varios fabricantes de cable y darles las especificaciones de la instalación; ellos querrán saber a dónde se instalará el cable, cuántas fibras se necesitarán y de qué tipo (monomodo, multimodo o ambas – cable «híbrido»-). También se puede utilizar un cable «mixto» que tenga conductores de cobre para las señales ópticas o eléctricas. Las empresas fabricantes de cable evaluarán los requerimientos solicitados y realizarán sugerencias. Luego, se pueden escuchar ofertas de otros proveedores.
Según lo planificado, se necesitará una cierta cantidad de fibras, pero considere agregar fibras adicionales al cable; las fibras son económicas si las comparamos con el costo de instalar cables adicionales. Además, si rompe una fibra o dos al realizar un empalme, una derivación o terminación, eso no será un problema. También tenga en cuenta futuras necesidades de expansión. La mayoría de los usuarios instala muchas más fibras que las que se necesitan, agregan fibras monomodo a cables de fibra multimodo que se instalarán a nivel campus o en redes troncales (backbone) en planta interna.
Encontrará más información acerca de la elección de cables en el capítulo sobre el diseño de una red de fibra óptica.
Fuente: thefoa.org
