Cabos ópticos internos compactos para redes FTTx: metodologia para avaliação do coeficiente de atrito dinâmico

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1 Cabos ópticos internos compactos para res FTTx: metodologia para avaliação do coeficiente atrito Ana Flávia Nascimento *, João Guilherme Dias Aguiar, Luís Guilherme Tomba Silveira Leite Com o senvolvimento das res ópticas, as fibras ópticas passaram a chegar até os assinantes, o que trouxe a necessida senvolvimento cabos ópticos otimizados para as res intraprediais, cuja construção po vir a ser uma gran dificulda por conta do congestionamento e das pequenas dimensões das tubulações. Dessa forma, surgiu a necessida senvolver novas técnicas avaliação dos requisitos que diferenciam esses cabos dos convencionais. No caso cabos fibras ópticas internos compactos, a característica baixo atrito é fundamental para que apresentem o sempenho necessário durante sua instalação. Este artigo screve o estudo realizado para a terminação do requisito coeficiente atrito e para o senvolvimento da metodologia ensaio, os quais foram adotados para fins certificação sse tipo cabo no Brasil. Palavras-chave: Coeficiente atrito. Cabo óptico interno compacto. Res ópticas intraprediais. Introdução Um gran safio que as operadoras telecomunicações estão enfrentando para a implantação das res ópticas nas topologias FTTB (Fiber-to-the-Building), FTTH (Fiber-to-the- Home) e FTTA (Fiber-to-the-Apartment) é a instalação do cabo óptico na re interna dos edifícios, dos apartamentos e das casas (res intraprediais) que possuem tubulações congestionadas com as res telefonia, interfone e TV já existentes, conforme ilustra a Figura 1. Cada um sses produtos aten a uma ou mais necessidas encontradas nesse novo ambiente instalação. O foco do presente trabalho está nos cabos ópticos internos compactos baixo atrito. Esse tipo cabo é caracterizado pelo diâmetro menor e pelo baixo atrito, atribuído ao material sua capa externa. Isso possibilita sua instalação mesmo em locais on a infraestrutura apresente alta taxa ocupação, além um número maior cabos por duto. A Figura 2 ilustra o cabo convencional à esquerda e o cabo compacto baixo atrito à direita, tamanho reduzido, e também a maior capacida instalação cabo óptico interno compacto baixo atrito em dutos já ocupados (SUMITOMO ELECTRIC, 29). Figura 2 Comparação entre o cabo convencional e o baixo atrito Figura 1 Cabeamento convencional (NIWA et al., 29) Essas tubulações também apresentam diâmetros e raios curvatura fora dos padrões exigidos pelas res ópticas convencionais. Para vencer esses safios, a indústria cabos e fibras ópticas tem senvolvido novos produtos, como, por exemplo, fibras ópticas com baixa sensibilida à curvatura (ITU-T, 29), cabos internos subida (riser cables), cabos ópticos internos compactos baixo atrito, entre outros. Neste artigo é apresentada uma metodologia para avaliação do coeficiente atrito cabos fibras ópticas compactos para instalação interna, que aqui são classificados cabos baixo atrito, em oposição aos convencionais. Tal avaliação é fundamental para que os cabos baixo atrito sejam instalados em dutos ocupados com o menor esforço possível, facilitando o processo instalação e diminuindo o risco danos ao cabo e às fibras ópticas. *Autor a quem a correspondência ve ser dirigida: anafn@cpqd.com.br. Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 8, n. 1, p. 1-2, jan./jun. 212

2 1 Cabo fibras ópticas compacto para instalação interna Para facilitar a instalação da re óptica em edifícios e residências, on existem tubulações congestionadas, a NTT (Nippon Telegraph and Telephone Corporation) senvolveu o cabo fibras ópticas interno compacto baixo atrito (NIWA et al., 29). A seção transversal sse cabo óptico possui as menores dimensões em comparação com os cabos convencionais e baixo coeficiente atrito, o que possibilita inserir um maior número cabos ópticos em uma tubulação existente. Niwa e autores (29) afirmam que o esforço puxamento do cabo compacto baixo atrito, durante sua instalação em um duto ocupado, é até 9% menor do que o esforço necessário nos cabos convencionais. Além disso, o tempo para instalação cada cabo compacto baixo atrito ten a não variar tanto para tubulações já ocupadas ( um a vinte cabos). Já para cabos convencionais, consirando o primeiro e o terceiro cabo instalado no mesmo duto, o tempo instalação aumenta em aproximadamente %. 2 Ensaio para terminação do coeficiente atrito O coeficiente atrito representa uma granza adimensional, cuja finição é "a relação entre a força que oferece resistência ao movimento tangencial entre dois corpos e à força normal pressionando esses corpos" (BLAU, 199): F µ = (1) N Sendo que µ é o coeficiente atrito, N, a força normal e F, a força tangencial. O coeficiente atrito é terminado quando a força tangencial é medida durante o movimento entre as partes em contato. Para medir o coeficiente atrito um cabo óptico, uma amostra é tracionada entre duas camadas paralelas compostas por partes ste mesmo cabo e fixadas em duas superfícies horizontais, sendo que a primeira atua como base e a segunda, móvel, pressiona o cabo durante o ensaio, conforme Figura 3 (TSUKAMOTO; HOSHINO; OKADA, 29). Analisando a figura anterior, observa-se que F é igual à normal existente entre o cabo em movimento e a parte superior do dispositivo ensaio. Entretanto, como ele se movimenta também em relação à parte inferior, existe outro atrito a ser consirado, representado por uma força normal com o sentido para cima, conforme Figura 4. Célula carga Amostra fixa Arame tração A B Massa Amostra para escorregamento F Secção A-B Figura 3 Esquema montagem do ensaio para terminação do coeficiente atrito senvolvido pela NTT Amostra fixa Massa A Célula carga Arame tração B F a superior Amostra para escorregamento F Secção A-B F a inferior F Figura 4 Esquema montagem do ensaio para terminação do coeficiente atrito Po-se constatar na Figura 4 que a força slizamento,, correspon à somatória das forças atrito, F a, superior e inferior. Assim, a equação a seguir screve matematicamente o processo da ação forças durante o slizamento da amostra entre as duas superfícies contato: µ = (2) 2 F Sendo que µ é o coeficiente atrito,, a força escorregamento e F, a força da carga compressão. 3 Avaliação experimental amostras cabos fibras ópticas compactos para instalação interna Para a validação do método ensaio coeficiente atrito e para a terminação um requisito que diferencie os cabos baixo atrito dos cabos convencionais, os fornecedores disponibilizaram amostras cabos para a realização da avaliação experimental. Foi montado, em laboratório, um sistema ensaio conforme Figuras e 6, acoplado à máquina tração vertical, permitindo a medição da força durante a movimentação do cabo entre as duas superfícies, seguindo a metodologia ilustrada na Figura 4. Amostras do cabo foram coladas a duas peças aço, sendo que a situada na posição superior apresentava uma massa aproximada 2 kg. Entre elas, foi colocado o corpo prova do cabo óptico sob ensaio, passando pela polia e fixado na célula carga da máquina tração. 16 Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 8, n. 1, p. 1-2, jan./jun. 212

3 A polia foi utilizada para que o movimento vertical da máquina tração fosse convertido no slizamento horizontal do cabo entre as duas superfícies. Polia Camada superior amostra fixa Camada inferior amostra fixa Figura Superfície da massa e apoio com camada cabo óptico sob ensaio coeficiente atrito Célula carga Corpo--prova sob ensaio Massa Máquina tração Figura 6 Montagem para realização do ensaio do coeficiente atrito Os principais parâmetros mantidos durante o ensaio foram: a) comprimento da amostra fixa: 1 mm; b) massa: aproximadamente 2 kg; c) velocida constante escorregamento: mm/min. A preparação do suporte e amostra durante todo o processo ensaio foi realizada forma que não ocorresse contaminação do cabo com resíduos do ambiente, o que poria comprometer os resultados. Foram ensaiadas oito amostras cabos, sendo realizados nove a onze puxamentos para cada uma. A máquina tração registrou as curvas força ao longo do slocamento da célula carga acoplada à travessa da máquina, conforme Figuras 7 a 14. Cada curva é composta por um trecho inicial, que vai da posição zero até cerca 1 mm slocamento da travessa da máquina tração. Nesse trecho inicial, a força aumenta à medida que a folga cabo é consumida e este passa a ser tracionado até que seja atingido o primeiro pico força, necessário para vencer o atrito estático. Se o cabo estiver pré-tensionado antes se iniciar o ensaio, a curva será slocada para a esquerda, ou seja, a força estática será obtida com menor slocamento da travessa da máquina tração, o que justifica o comportamento observado para dois grupos corpos prova apresentados na Figura 8. Após o pico força, o cabo começa a se movimentar entre as duas peças aço e a força diminui até atingir a força mínima para vencer apenas o atrito, o que é observado no segundo trecho da curva parâmetro a ser obtido nesse ensaio. Durante o segundo trecho, observa-se que a força medida flutua constantemente com uma amplitu pico a pico, que varia aproximadamente 1 N a 3 N, para as amostras cabo 1, 7 e 8, e amplitu pico a pico, que varia aproximadamente N para as amostras cabo 2, 3, 4, e 6. Para os cabos coeficiente atrito menor (Figuras 7, 13 e 14), as curvas são mais homogêneas, enquanto os cabos com maior coeficiente atrito apresentam comportamentos irregulares, com picos e quedas distribuídas sem uniformida (Figuras 8, 9, 1, 11 e 12) Figura 7 x da travessa da máquina com amostra do cabo Figura 8 x da travessa da máquina com amostra do cabo Figura 9 x da travessa da máquina com amostra do cabo 3 CP CP 1 CP Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 8, n. 1, p. 1-2, jan./jun

4 Figura 1 x da travessa da máquina com amostra do cabo Figura 11 x da travessa da máquina com amostra do cabo Figura 12 x da travessa da máquina com amostra do cabo Figura 13 x da travessa da máquina com amostra do cabo Figura 14 x da travessa da máquina com amostra do cabo 8 CP CP CP CP CP O cálculo do coeficiente atrito para cada corpo prova foi realizado a partir das curvas obtidas para as amostras sob ensaio. Foram sconsiradas duas partes da curva: a parte inicial cada curva, que engloba o trecho inicial e o começo do segundo trecho, e a parte final da curva. Em seguida, foi calculada a média das forças medidas e aplicada a equação (2). A Tabela 1 apresenta o resultado obtido, com as respectivas incertezas medição dos coeficientes atrito para um nível confiança 9,4%. Tabela 1 Resumo do resultado dos ensaios para terminação do coeficiente atrito (µ) Cabo Coeficiente atrito Incerteza expandida µ Fator abrangência k 1,91,2 2,28 2,3,27 2,32 3,393,39 2,21 4,1,12 2,2,11,34 2,32 6,344,29 2,17 7,94,4 2,2 8,11,3 2,2 A incerteza medição po ser finida como parâmetro associado ao resultado uma medição, que caracteriza a dispersão dos valores que pom ser razoavelmente atribuídos ao mensurando (quantida particular submetida à medição) (GALLAS, 21). A incerteza do coeficiente atrito é composta por quatro fontes incerteza: a) dispersão das medidas força; b) dispersão dos valores coeficiente atrito ; c) medição da força pela máquina tração; d) medição da massa aplicada no ensaio, realizada utilizando uma balança. A dispersão das medidas força é do tipo A por se tratar medidas estatísticas, ou seja, repetibilida resultados sob a mesma condição medição, e é finida pela maior dispersão força entre as obtidas no ensaio para cada uma das z amostras cabo óptico. A dispersão dos valores coeficiente atrito é do tipo A e representa o svio padrão dos valores obtidos para o coeficiente atrito nas z amostras cabo. A medição da força pela máquina tração [N] é avaliada acordo com o certificado calibração do equipamento e, por isso, consiste 18 Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 8, n. 1, p. 1-2, jan./jun. 212

5 em incerteza tipo B. A massa [kg] é indicada pela balança e possui incerteza do tipo B. A Figura 1 apresenta um gráfico com os valores dos coeficientes atrito obtidos para os cabos ópticos sob ensaio, tornando possível a separação em dois grupos cabos, aquele formado por cabos com menor atrito (µ,1), representado pelas amostras dos cabos 1, 7 e 8, e outro formado por cabos com maior atrito (µ,3), representado pelas amostras dos cabos 2, 3, 4, e 6. Coeficiente atrito,6,,4,3,2,1, Figura 1 Coeficiente atrito x Cabos 4 Proposta requisito para ensaio terminação do coeficiente atrito Consirando-se os resultados obtidos nos ensaios realizados, foi estabelecido o coeficiente atrito máximo,1, conforme exibido na Figura 13, como requisito para aplicar a classificação baixo atrito a um cabo (ANATEL, 211). Conclusão Coeficiente atrito Cabos Foi proposta uma forma cálculo do coeficiente atrito cabos internos compactos consirando a interação da amostra cabo sob ensaio com as duas superfícies contato. As curvas x Deslocamento da travessa da máquina tração [mm], obtidas nos experimentos realizados, apresentaram comportamento semelhante para todas as oito amostras sob ensaio, o que permitiu a terminação dois trechos distintos: um com aumento força até vencer o atrito estático e outro obtido durante o slizamento da amostra em relação às duas superfícies contato. A partir dos resultados encontrados para os coeficientes atrito, foi possível dividir as amostras cabos em dois grupos: um grupo com os cabos baixo atrito (µ,1) e outro com os cabos convencionais (µ,3), estabelecendo-se, como requisito para que os cabos sejam consirados baixo atrito, o coeficiente atrito máximo,1. Referências AGÊNCIA NACIONAL DE TELECOMUNICAÇÕES (ANATEL). Requisitos Técnicos e Procedimentos Ensaios Aplicáveis à Certificação Produtos para Telecomunicação Categoria I Disponível em: < tos/documento.asp? numeropublicacao=28832&assuntopublicacao= Lista%2%2Requisitos%2Tcnicos%2para %2Produtos%2%2Telecomunicaes %2Categoria %2I&caminhoRel=null&filtro=1&documentoPath =28832.pdf>. Acesso em: 11 abr BLAU, P. J. Friction Science and Technology. New York: McGraw-Hill, 199, p GALLAS, M. R. Incerteza medição. 21. Disponível em: < Acesso em: 8 abr INTERNATIONAL TELECOMMUNICATIONS UNION - TELECOMMUNICATIONS STANDARDIZATION SECTOR (ITU-T). G.67: Characteristics of a bending-loss insensitive single-mo optical fibre and cable for the access network. 29. Disponível em: < I/en>. Acesso em: 9 abr NIWA, S. et al. Development of New Optical Wiring Technology for Multi-dwelling Unit Buildings. NTT Technical Review, v. 7, n. 9, Sep. 29. SUMITOMO ELECTRIC. Newsletter SEI NEWS, v Disponível em: < Acesso em: 4 jun TSUKAMOTO, M.; HOSHINO, W.; OKADA, N. Development of Low Friction Indoor Cable. In: INTERNATIONAL WIRE & CABLE SYMPOSIUM, 8., 29. Proceedings Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 8, n. 1, p. 1-2, jan./jun

6 Abstract With the velopment of optical networks, optical fibers began to reach the subscribers. This required the velopment of optimized optical cables to be used in intrabuilding networks, which present great difficulties in their construction because the pipes are smaller and filled with other cables. Thus, the need to velop new techniques for assessing requirements that differentiate them from conventional cables grew. In the case of indoor compact optical cable, the characteristic of low friction is essential so that it is performed accordingly during installation. This paper scribes the studies conducted to termine the requirement of dynamic friction coefficient and to velop the test method, which were adopted to certify this type of cable in Brazil. Key words: Dynamic friction coefficient. Indoor compact optical cable. Optical intrabuilding networks. 2 Cad. CPqD Tecnologia, Campinas, v. 8, n. 1, p. 1-2, jan./jun. 212