Um dos grandes desafios atuais das Operadoras e Provedores de Internet é o de encontrar uma infra-estrutura adequada para a implantação e/ou expansão de suas redes ópticas. Nesta empreitada é comum se depararem com uma situação onde as infra-estruturas aéreas (postes) e subterrâneas (dutos) existentes estão extremamente congestionadas, mal utilizadas e não adequadamente compartilhadas. Este problema ocorre em diversas regiões do país, porém é muito mais critico nas áreas metropolitanas das grandes cidades.
A construção de uma nova infra-estrutura é uma alternativa, porém é normalmente muito cara e pode inviabilizar o projeto do ponto de vista do retorno sobre o investimento. Diante desta situação, estas empresas começam a olhar com enorme interesse para novas tecnologias e soluções que possam resolver esta questão.
Uma solução que é relativamente nova para a realidade brasileira, mas utilizada há vários anos em outros países da Europa, Ásia e América do Norte, consiste na instalação de microcabos ópticos por sopramento em microdutos. Estes microdutos podem ser implantados em mini-valas, micro-valas, em dutos, na rede aérea, etc.
A miniaturização dos cabos ópticos e dutos
A utilização de técnicas de sopramento de cabos em dutos é relativamente antiga e tem sido bastante utilizada para diversos tipos de cabos ópticos em dutos convencionais. Esta técnica consiste basicamente em se criar um fluxo continuo de ar no interior de um duto, de modo a arrastar longitudinalmente o cabo ao longo do seu comprimento. Devido a este arraste as forças de tração sobre o cabo se reduzem drasticamente, além de facilitar seu deslocamento em curvas e ondulações do duto, onde seria mais crítico se o cabo fosse instalado com as técnicas convencionais de puxamento.
Graças a esta redução de esforços mecânicos sobre os cabos soprados, bem como a evolução das características e materiais das fibras e dos cabos ópticos nos últimos anos, foi possível uma significativa miniaturização dos mesmos, resultando em relevantes reduções de diâmetros e pesos. Esta miniaturização dos cabos ópticos resultou basicamente em duas famílias de produtos para serem utilizados com as técnicas de sopramento em microdutos:
- Unidades de fibras ópticas: consistem em um agrupamento de 1 a 12 fibras ópticas somente com seu revestimento primário de acrilato, protegido com uma resina também de acrilato ou de outros materiais de resistência mecânica elevada e baixo atrito. Possuem diâmetros da ordem de 1 a 1,5 mm. São utilizados tipicamente nas redes de acesso e internas. Esta solução será abordada em outro artigo.
- Microcabos ópticos: são cabos ópticos de pequenas dimensões que agrupam tipicamente de 12 a 288 fibras em unidades básicas de até 24 fibras ópticas e com diâmetros externos típicos entre 2 e 11,5 mm. São normalmente utilizados na planta externa.
A miniaturização dos cabos ópticos permitiu também à miniaturização dos dutos, que passaram a desempenhar um papel extremamente importante na proteção dos microcabos, os quais tiveram suas proteções reduzidas em nome da miniaturização.
Existem atualmente algumas normas e recomendações internacionais que definem as características e especificações dos microcabos ópticos para sopramento em microdutos. Podemos citar a IEC 60794-5, a Telcordia GR-20 e a Recommendation ITU-T L.79. No Brasil, esta solução e suas tecnologias vêm ganhando força, tendo sido criados três grupos de trabalho no inicio de 2015. Participaram destes grupos representantes das diversas empresas interessadas nesta solução, tais como os fabricantes de microcabos, de microdutos, construtores, instaladores, operadoras, associações, entidades governamentais, Foram três os objetivos destes grupos de trabalho:
a- Definir as especificações e requisitos de qualificação dos Microcabos Ópticos para fins de certificação Anatel, que já foram publicados recentemente.
b- Definir as especificações dos Microdutos visando uma coerência com os requisitos dos Microcabos para a criação de uma norma brasileira no âmbito da ABNT/NBR.
c- Definir os procedimentos e metodologias de instalação visando o melhor desempenho da técnica para se garantir o sucesso da implantação desta solução e suas tecnologias.
Os Microcabos Ópticos para sopramento em microdutos.
De acordo com as normas internacionais citadas e requisitos Anatel, um microcabo óptico é um cabo de fibras ópticas projetado para instalação por sopramento em microdutos. Ele difere de um cabo óptico convencional para instalação em dutos fundamentalmente por apresentar menor diâmetro, menor peso e menor resistência mecânica. Sua capacidade vai de 12 até 288 fibras ópticas e com diâmetros típicos entre 2 a 11,5 mm. Já estão surgindo microcabos com maior número de fibras, como 432, 586, etc.
Assim como os cabos ópticos convencionais para instalação em dutos, os microcabos devem atender a uma enorme gama de requisitos que visam lhes atribuir confiabilidade óptica frente as mais diversas solicitações mecânicas, químicas, biológicas, ambientais, etc. os quais estarão submetidos durante as fases de instalação, operação e manutenção.
Os microcabos ópticos são fabricados normalmente utilizando como unidade básica a tradicional tecnologia de tubo loose (fibra solta) ou a tecnologia de micromodulos. Os fabricantes destes cabos disponibilizam uma grande variedade de desenhos construtivos. Tipicamente, os cabos que utilizam a tecnologia tubo loose possuem o elemento de tração FRP (bastão de fibra de vidro-resina) colocado no centro do cabo, com os tubos encordoados ao seu redor. Já os microcabos com tecnologia de micromodulos, o elemento de tração central FRP é substituído por dois elementos de tração embutidos na capa do cabo. Os micromódulos ficam então “soltos” no interior da capa.
A proteção contra a penetração e propagação da umidade em seu interior pode ser obtida através da utilização de gel (geleado) ou materiais hidro-expansíveis (seco), tanto nas unidades básicas como no núcleo óptico. A utilização do gel, principalmente no interior dos tubos loose, é amplamente utilizada, pois é um material que repele a água e umidade, afastando-as das fibras. Tubos geleados são recomendados principalmente para cabos que ficarão submetidos a elevado nível de umidade e eventualmente submersos em água por longos períodos. Os materiais hidro-expansíveis, por outro lado, são muito interessantes, pois permitem bloquear a penetração e propagação da água no interior do cabo e ainda atribuem algumas importantes vantagens, como redução de peso, facilidade de limpeza nas fases de instalação, etc.
Para se obter os pequenos diâmetros e baixos pesos, os microcabos ópticos são projetados e fabricados com uma reduzida quantidade de materiais, tanto os que lhe atribuem resistência a tração (elemento de fibra de vidro e aramida) bem como os de proteção externa, que atribuem maior resistência a diversas solicitações, tais como compressão, impacto, torção, etc. São também desprovidos de algumas proteções como as que podem ser encontradas nos cabos ópticos para dutos convencionais, tais como as proteções contra roedores, que seja dielétrica ou metálica.
Por exemplo, um cabo óptico para duto convencional apresenta uma resistência tração de 2 x Peso de cabo em kg/km, com um mínimo de 2.000 N (~200 kgf) e uma deformação máxima da fibra de 0,2%. Um microcabo óptico para sopramento em microduto possui uma resistência a tração de 1 x Peso, com um mínimo de 500 N e uma deformação máxima da fibra de 0,6%.
Com relação à compressão também existe uma relevante diferença. Os cabos ópticos convencionais são projetados e fabricados para resistirem até 1 x Peso com um mínimo de 1.000 N. Já os microcabos ópticos devem suportar um mínimo de 500N. Vejamos a comparação a seguir com alguns valores típicos de referencia para um cabo óptico com 72 fibras.
Esta comparação mostra que o microcabo óptico não tolera tração elevada, fato que pode ocorrer se o mesmo for instalado utilizando técnicas convencionais por puxamento, por exemplo. Também tem menor resistência à compressão, o que demanda maior atenção nas fases de instalação e manutenção, principalmente em situações que o mesmo estiver exposto fora do microduto.
No âmbito dos requisitos Anatel foram definidos as seguintes características básicas para os microcabos ópticos:
Identificação: CFOA-X-DMD-Y-Z, onde:
CFOA = Cabo de fibras ópticas revestidas em acrilato.
- X = Tipo de fibras ópticas monomodo, que podem ser de acordo com as recomendações do ITU-T G.652 (SM), G.657 (BLI) e G.655 (NZD).
- DMD = Dielétrico para instalação em Micro Dutos.
- Y = Barreira à penetração de umidade no cabo (G, S ou TS).
- Z = Número de fibras ópticas, com no máximo de 288 FO.
Quantidade de fibras ópticas por unidade básica: máximo de 24 FO.
Diâmetro máximo dos microcabos: 11,5 mm.
Os Microdutos e seus Acessórios
De acordo com a norma IEC 60794-5, um microduto é um tubo flexível, de baixo peso, com um diâmetro externo tipicamente igual ou inferior a 16 mm. Existem basicamente duas famílias de microdutos:
- Microdutos com diâmetro interno de 2,8 a 4 mm. São normalmente utilizados para sopramento de unidades de fibras ópticas com 1 a 12 fibras e diâmetros de 1 a 1,5 mm. Serão abordados em outro artigo.
- Microdutos com diâmetro interno de 4 a 14 mm. São utilizados para o sopramento dos microcabos ópticos de 12 a 288 fibras, com diâmetros tipicamente entre de 2 a 11,5 mm.
Os microdutos são normalmente fabricados em polietileno de alta densidade (PEAD), virgem (não reciclado) e com proteção ao UV. Apresentam uma estrutura que lhes atribui resistência às pressões do ar comprimido requeridas para o sopramento dos microcabos, bem como as compressões externas advindas da sua instalação. São circulares e com elevada uniformidade da secção transversal ao longo de todo seu comprimento.
Para um bom desempenho no sopramento dos microcabos ópticos, para se atingir maiores velocidades e o alcance de maiores distancias, são requeridos:
a- Uma correta relação entre o diâmetro externo do microcabo e o diâmetro interno do microduto. A experiência mostra que uma boa relação é a que define uma ocupação entre 60% e 80% da área interna do microduto, isto é, 0,6 ≤ (fext cabo/fint duto)2 ≤ 0,8.
b- Um baixo coeficiente de atrito interno entre o cabo e o duto. O baixo coeficiente de atrito interno pode ser obtido com a utilização de lubrificantes especiais utilizados na fase de sopramento ou através de tubos com características especiais, como os que possuem a parede interna ranhurada longitudinalmente ou fabricada com uma camada de material de baixo atrito, a base de silicone, por exemplo. Os fabricantes que utilizam a parede interna de baixo atrito reivindicam um melhor desempenho de seus produtos por apresentarem maior estabilidade, repetibilidade e durabilidade de suas características.
Tipos de microdutos
Existe atualmente uma enorme gama de microdutos, que podem ser singelos ou agrupados, com dois ou mais microdutos reunidos e protegidos com diversos tipos de capas, espessuras, etc.. Eles podem ser utilizados nas mais diversas aplicações, tanto nas redes subterrâneas como aéreas.
É importante relembrar que os microdutos desepenham um papel chave na proteção dos microcabos, pois como vimos, parte da proteção que foi retirada destes é assumida pelos microdutos. Cada microduto é utilizado para comportar apenas um microcabo óptico.
A espessura da parede dos microdutos é também um parâmetro muito importante, pois é esta característica que definirá sua resistência mecânica a compressão e, portanto, se poderá ser instalado diretamente enterrado ou dentro de um duto ou sub-duto.
Microdutos agrupados podem ser fornecidos em várias configurações, podendo ser circulares, chatos ou interligados por membrana, em forma de polígonos regulares, com três ou mais lados. A configuração chata proporciona uma maior facilidade de separação dos microdutos singelos utilizando qualquer elemento de corte, tornando esse formato ideal para aplicação em minivalas e microvalas.
Para as aplicações aéreas, os microdutos são reunidos de forma a constituir um conjunto protegido por uma capa e com um elemento de sustentação mecânica (auto-sustendado), tipicamente no perfil figura 8, sendo que o elemento de sustentação pode ser metálico ou dielétrico. Também é possível se utilizar os microdutos ou seus agrupamentos na rede aérea, ancorando-os com fio de espinar a uma cordoalha de aço.
Os microdutos e seus agrupamentos podem ter proteções adicionais para lhe atribuir maior resistência à compressão e proteção contra roedores, por exemplo.
Os acessórios dos microdutos têm por objetivo proporcionar uma forma fácil de realizar suas conexões em campo, de modo a proporcionar continuidade ao fluxo de ar para a fase de sopramento dos microcabos. Normalmente os microdutos são emendados dentro de caixas de manobra, não sendo recomendadas emendas de dentro de dutos. São utilizados plugs de fácil conexão e desconexão.
Existem também uma gama de caixas e dispositivos de derivação, que permitem construir uma rede de dutos do tipo ponto-a-ponto ou ponto-multi-ponto, permitindo-se derivações, terminações, etc. Estas caixas podem ser instaladas na rede área, nas caixas subterrâneas de passagem ou diretamente enterradas.
Instalação dos microdutos
Os microdutos podem ser instalados de diversas formas, segundo sua construção e aplicação. Devido suas pequenas dimensões, podem compartilhar espaço nas infra-estruturas existentes, tanto das canalizações subterrâneas como nas redes aéreas, permitindo ampliar sua capacidade e/ou racionalizar a sua utilização.
Nas canalizações subterrâneas existentes, os microdutos são instalados em dutos e sub-dutos, que podem estar livres ou ocupados parcialmente, desde que permita sua passagem. Sua aplicação multiplica a capacidade da infra-estrutura, o que seria inviável com dutos e cabos convencionais. Também podem ser instalados em galerias de águas pluviais, redes de esgoto, etc.
Nas redes aéreas, os microdutos são instalados do mesmo modo que os cabos ópticos auto-sutentados ou espinados, criando vários caminhos onde podem ser soprados vários microcabos ópticos.
Na criação de uma nova infra-estrutura, os microdutos e seus agrupamentos podem ser instalados em uma minivala, que apresenta tipicamente profundidade entre 70 mm e 600 mm e largura igual ou maior que 32 mm, ou microvala, que possui normalmente profundidade entre 70 mm e 400 mm e largura entre 14 mm e 32 mm. Estas mini ou microvalas são normalmente realizadas com o auxilio de equipamentos especializados, que aumentam a produtividade e reduzem o impacto ambiental. A realização da abertura da mini ou micro valas normalmente requer a realização de uma sondagem do subsolo para se identificar e localizar interferências ao longo do trecho, isto é, a existência de outras canalizações, cabos, etc.
O método de perfuração não destrutiva (MND) também é uma excelente alternativa para se implantar os microdutos agrupados em muitas situações e permite a criação de uma infra-estrutura de elevada proteção mecânica, fato que não ocorre com as mini e micro valas, que certamente estão mais expostas a eventuais interferências de trabalhos no local de sua implantação.
Sopramento dos microcabos ópticos
Como já comentado, a instalação de cabos por técnica de sopramento é bastante usual e utilizada há um bom tempo para diversos tipos de cabos e dutos. Existem diversos tipos de equipamentos disponíveis para esta finalidade, que variam basicamente em função das dimensões dos dutos e cabos a serem soprados.
Entretanto, para o sopramento de microcabos ópticos é fundamental a utilização de equipamentos de sopramento de alta qualidade e de fabricantes de primeira linha, para se obter um bom desempenho e produtividade na instalação, bem como não introduzir problemas no microcabo.
Com o uso do equipamento correto, que deve atender as características dimensionais e mecânicas do microduto e microcabo, e utilizando-se dutos com um baixo coeficiente de atrito interno, é possível se obter velocidades típicas da ordem de 60 a 100 m/min e se atingir distancias típicas de sopramento da ordem de até 2.000 m.
Conclusões
As tecnologias e aplicações de microcabos soprados em microdutos são uma realidade em diversos países há vários anos e agora começam a ser utilizados no Brasil em maior escala, o que deverá trazer benefícios e soluções aos problemas das infra-estruturas na planta externa.
Vários benefícios são esperados com a adoção desta solução, tais como a viabilização de infra-estrutura, quando inviável com as soluções convencionais, redução de custos, obtida através da maior ocupação, racionalização e compartilhamento do espaço e dos serviços de instalação, maior flexibilidade da rede, etc.
Entretanto, é muito importante ressaltar que esta solução, apesar de seus excelentes benefícios, não pode ser considerada uma “panacéia”, isto é, um remédio para todos os males, a ser adotada indiscriminadamente para todas as situações e aplicações. Como toda solução, ela apresenta suas vantagens, mas também riscos e pontos críticos que devem ser criteriosamente considerados e avaliados pela empresa que irá adotá-la.
O sucesso da solução exige que sejam utilizados produtos e equipamentos de excelente qualidade e de fornecedores de primeira linha, que atendam todas as normas e requisitos nacionais e internacionais. Além disto, é fundamental o treinamento e qualificação da mão-de-obra a ser utilizada para a implantação destas soluções, pois uma aplicação inadequada poderá comprometer seu desempenho e a imagem de uma excelente solução que chega para auxiliar nos muitos problemas da infra-estrutura de telecomunicações.
Autor – Marco A. Scocco
